Книга Л. П. Карпова — это первая книга по термичес¬
кой обработке металлов, рассчитанная на совершенно непод¬
готовленного читателя — учащихся старших классов сред¬
них ШКОЛ.	<	►Ч..§
На немногих страницах автор просто, а местами и увле¬
кательно рассказывает о металлах и об основах их терми¬
ческой обработки Особый интерес представляют упражне¬
ния (их всего 31). Прочитав книгу и проделав упражне¬
ния, читатель не только теоретически, но и практически
приобщится к интересной и трудной области науки и тех¬
ники. Несколько необычная последовательность располо¬
жения материала (сначала оборудование, а потом металлы)
легко оправдывается тем, что читатель не имеет никакой
подготовки по термической обработке, и когда он входит
в уголок термиста, то прежде всего он должен хорошо
уяснить, что в нем находится, а потом уж использовать
это оборудование.
Книга предназначается для учащихся старших классов
средних школ. Она может быть полезной также учащим¬
ся ремесленных и технических училищ.
Рецензент проф. докт. техн. наук В. Д. Садовский
УРАЛО-СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МАШГИЗА
Ведущий редактор инж. А. В. Калетина

ВВЕДЕНИЕ
Сколько машин изготовляют люди за одни только
сутки! В разных странах рождаются эти машины, над ними
трудятся специалисты многих профессий. Но есть много
общего во всех этих машинах, и прежде всего то, из чего
они изготовлены, — металлы.
Применение металлов разнообразно, значение их в на¬
родном хозяйстве огромно. Современная техника успешно
развивается благодаря широкому применению металлов
и сплавов.
Применяя легкие, но прочные алюминиевые сплавы,
люди смогли построить самолеты, скорость полета которых
превышает скорость звука. Без прочных сталей невоз¬
можно построить шагающий экскаватор или турбину
электростанции. Металлические детали имеются в радио-
и электроаппаратуре, в автомашинах и на кораблях, в теп¬
ловозах и станках. Без металла не изготовить сельскохо¬
зяйственные машины: трактор или комбайн, плуг или
жатку. Новые металлы с новыми свойствами нужны для
постройки космических кораблей. В быту и на производ¬
стве, в школе и кинотеатре — всюду мы видим металлы.
Высокие свойства металлических материалов дости¬
гаются не только удачным сочетанием в них химических
элементов, большое значение имеет и термическая обра¬
ботка. Термической обработке, или термообработке, под¬
вергаются многие детали машин, инструменты, приспособ¬
ления. Термически обрабатываются даже некоторые пред¬
меты домашнего обихода: обыкновенная швейная игла,
столовый нож, пружины электрических выключателей
и Т. д.
з

От качественной работы термистов — специалистов,
занимающихся термической обработкой металлов, — во
многом зависит работоспособность машин, их долговеч¬
ность и прочность.
Разнообразие металлов, применяемых в народном хо¬
зяйстве, ответственное назначение многих металлических
деталей — все это требует от людей, работающих с ме¬
таллами, больших технических знаний. Свойства метал¬
лов, зависимость свойств от термообработки должен знать
не только термист, но и механик, конструктор, рабочий
и инженер.
Настоящая книга имеет ц°лью ознакомить учащихся
с металлами и их термической обработкой. Часть упраж¬
нений, описанных в книге, рекомендуется включить в про¬
грамму производственного обучения, другую часть про¬
делать в кружке термистов. Организация в школе произ¬
водственных мастерских с уголком термиста будет спо¬
собствовать воспитанию у советских ребят трудовых на¬
выков. Нашей стране, строящей коммунизм, нужно много
прочного металла, а еще нужнее грамотные люди с креп¬
кими золотыми руками.

Немного
историк
Интересны и разнообразны памятники старины. Крас¬
норечиво рассказывают они о жизни людей прошлых ве¬
ков. Лучший способ познакомиться с жизнью древних на¬
родов — изучение орудий их труда и предметов быта. Пер¬
вым оружием человека, отправлявшегося на охоту, был
простой, неотесанный камень. Это было в тот период, кото¬
рый называется каменным веком. Постепенно камень
приобретал форму ножа или топора.
ПЕРВЫЕ МЕТАЛЛЫ
Первыми металлами, с которыми познакомились древ¬
ние народы, были куски меди, золота и сер.бра, попадав¬
шиеся в земле. Применение меди было наиболее разно¬
образным: от орудий труда до украшений. Золото и се¬
ребро использовались в основном для украшений. Не¬
сколько позже люди научились получать бронзу, сплавляя
медь с оловом. Наконечники стрел, топоры, ножи, а также
предметы труда и быта стали изготовлять из бронзы. Брон¬
за была основным металлом, применявшимся человеком
в течение длительного времени, которое называется брон¬
зовым веком. Бронзовые изделия прочнее медных. Од¬
нако с развитием жизни на земле менялась культура, росли
потребности людей в орудиях труда, охоты, появлялись
различные механизмы. Много лет тому назад, а точнее,
более двух тысяч лет до нашей эры в Египте и Месопота¬
мии появилось железо. Железо имело существенные пре¬
имущества перед прежними металлами. Железо легко ко¬
вать, да и получать его можно было в б 'льших количе¬
ствах, чем бронзу. Получали железо сначала в обыкно¬
венных горнах. В кузнечный горн укладывали куски же¬
5

лезной руды, засыпали ее древесным углем и, подавая воз¬
дух мехами, разжигали горн. Руда разогревалась, железо
восстанавливалось, освобождаясь от кислорода. В горне
получался кусок тестообразного железа, который затем
проковывали и использовали для изготовления деталей.
Несколько позже железо стали выплавлять в шахтных
печах, которые тогда называли домницами. В них также
получалось тестообразное железо в виде кусков, называе¬
мых крицами.
Постепенно люди научились получать из железа сталь.
Сначала сталь получали науглероживанием железа в гор¬
нах. Для этого разогревали железо под слоем угля. Же¬
лезо насыщалось углеродом из угля и превращалось
в сталь. Сталь — сплав железа с углеродом. Сталь была
прочнее железа и поддавалась закалке.
Позднее, когда был получен чугун, сталь научились
получать из чугуна. Сам чугун сначала считался метал¬
лом, не пригодным для изготовления деталей. Получался
он в результате неправильного ведения процесса восста¬
новления руды. Постепенно мастера разобрались в при¬
годности чугуна и научились переделывать его в сталь.
С XIV в. уже начинает развиваться доменное производ¬
ство для получения чугуна. Вместе с этим растет и про¬
изводство стали.
В нашей стране различные способы получения стали
известны еще с VIII—IX вв. Уже тогда русские мастера
изготовляли стальные изделия, например лезвия топоров,
и приваривали их в кузнице к железному обушку. В пер¬
вой четверти XIX в. сталь получали уже многие заводы
нашей страны. Тогда же появились и русские мастера,
знавшие «секреты» изготовления стали.
В настоящее время чистое железо производится в не¬
большом количестве, в основном для специальных целей,
например электротехническое железо. Но и это железо
не является чистым. В состав этого так называемого тех¬
нического железа входит небольшое количество угле¬
рода и других примесей. Самое чистое железо получают
в ограниченном количестве для научных целей.
В природе чистое железо встречается только в виде же¬
лезных метеоритов, падающих на Землю из космического
пространства, однако в большинстве случаев метеориты
представляют собой сплав — именно сплав железа с ни¬
келем.
6

ТАЙНУ РАСКРЫЛ РУССКИЙ ИНЖЕНЕР
Мы часто слышим слова:	«закалка»,	«закаленный».
Что же такое закалка? Где и когда впервые ее применили?
Первые закаленные предметы — стальные мечи — найдены
в индийских гробницах, относящихся к периоду около
3000 лет до нашей эры. В арабских летописях встречаются
описания приемов термической обработки. В замечатель¬
ном памятнике древней культуры — «Одиссее» Гомера
(9—8 вв. до н. э.) есть описание закалки: «Как погружает
кузнец раскаленный топор или секиру в воду холодную,
и зашипит с клокотанием железо,— крепче железо бывает,
в огне и воде закаляясь...». Разумеется, речь здесь идет
о железе, насыщенном углеродом, т. е. о стали.
Назначение закалки было известно много веков назад,
и применялась она для упрочнения стальных изделий.
Сущность закалки заключалась в том, что изделие нагре¬
валось в кузнечном горне и быстро охлаждалось. Для
охлаждения использовалась вода.
Чудесные превращения совершались с предметами
при закалке. Превращения эти были таинственны. Многие
годы — более 2 тысяч лет — эти превращения объяс¬
няли особыми свойствами закаливающей жидкости. Счи¬
талось, что одни жидкости, например холодная вода, спо¬
собны закаливать, другие нет. Умение правильно зака¬
ливать давалось с трудом и не каждому мастеру. Масте¬
ра же, овладевшие этим искусством, хранили свои «сек¬
реты» в глубокой тайне. О том, как бережно хранились
эти «секреты», можно судить на примере изготовления
клинков из знаменитой!булатной стали.
Булат был известен много веков назад в странах Во¬
стока: Индии, Сирии, Персии. Из такой стали изготовляли
в основном холодное оружие: клинки, сабли. Булатное
оружие считалось лучшим в мире, за него платили боль¬
шие деньги. Такое оружие передавалось из рода в род
как священная вещь.
Чем же отличались булатные клинки от клинков из
обыкновенной стали? В те годы были распространены осо¬
бые приемы проверки остроты лезвия холодного оружия:
клинком в воздухе на лету рубили шелковый или газо¬
вый платок. Если клинок перерубал шелковый платок,
то он считался достаточно острым. Если клинок переру¬
бал и газовый платок, то оружие считалось самым лучшим.

Прочность же испытывалась так: рубили клинком кости,
гвозди или ударяли им по клинку из другой стали. Булат¬
ный клинок рубил все это и не имел зазубрин на своем
лезвии. Клинок обладал большой упругостью: его можно
было изогнуть в дугу, после чего он сам распрямлялся.
По внешнему виду булатное оружие также отличалось
от обыкновенного: на его поверхности был красивый узор.
После опустошительных завоеваний Тимура произ¬
водство булата прекратилось, а секреты его изготовления
забылись. Долгие годы люди тщетно пытались разгадать
тайну булата. Одни считали, что это оружие сварено из
двух разных металлов, другие объясняли все закалкой.
Однако как эта закалка должна проводиться, какую для
этого следует взять сталь — никто не знал.
Лишь в XIX в., когда потребовалась прочная, упру¬
гая сталь, изобретатели и ученые снова взялись за разгад¬
ку тайны булата. Первому раскрыть эту тайну, получить
булатную сталь и наладить ее производство удалось заме¬
чательному русскому инженеру П. П. Аносову. Под его
руководством в 1837 г. на Златоустовских заводах Урала
были изготовлены первые образцы булатного оружия с узо¬
рами. Аносов путем научных экспериментов разработал
необходимый состав стали, способ ее ковки и закалки.
Так перестала существовать одна из древних тайн.
В настоящее время выпускается огромное количество ста¬
ли со свойствами лучшими, чем у прежней булатной стали.
На наших заводах применяется много различных видов
термической обработки. Основные и наиболее распростра¬
ненные из них — закалка, отпуск и отжиг — вместе с тем
и самые древние,
НАУКА О МЕТАЛЛАХ
В наиболее развитых промышленных странах уже
в XIX в. производилось сравнительно большое количе¬
ство стали. Однако для изготовления деталей машин тре¬
бовались металлы с различными свойствами: мягкие и твер¬
дые, упругие и пластичные. От чего же зависит качество
металла? Как правильно закалить деталь? На эти вопросы
первоначально не было ответов, но жизнь их требовала.
Ученые, мастера и изобретатели изучали металлы, прово¬
дили опыты. Особая заслуга в изучении металлов принад¬
лежит русскому инженеру П. П. Аносову. Павел Петро¬

вич Аносов родился в 1797 г. в Петербурге в семье мелкого
чиновника. Аносов рано осиротел и воспитывался в семье
дедушки, Л. Ф. Сабакина — одаренного механика.
П. П. Аносов хорошо учился и в 1817 г. с отличием
закончил Петербургский горный кадетский корпус, кото¬
рый позднее стал называться Горным институтом.
Молодой инженер был направлен на Урал и работал
на заводах Златоустовского горного округа. Пройдя путь
от смотрителя отделения до директора округа, талантли¬
вый инженер добился больших успехов в организации
«железного производства» на Урале. Помимо органи¬
заторской работы, Аносов проводил научные опыты, изу¬
чал способы производства стали и закалку ее. Для изуче¬
ния металлов он впервые применил микроскоп. Это позво¬
лило ему сделать важное открытие — показать, что каче¬
ство стали, ее свойства зависят от внутреннего строения,
от так называемой структуры. Аносов доказал, что при
закалке изменяется структура металла. Он исследовал
влияние углерода в стали на ее свойства. Им предложены
различные способы закалки: в горячем сале, в струе сжато¬
го воздуха. Он исследовал влияние углерода в стали на ее
свойства. Умер П. П. Аносов в 1851 г. в Омске, будучи
начальником Алтайских горных заводов.
Другим выдающимся русским металлургом был Дмит¬
рий Константинович Чернов (1839—1921). Родился
Д. К- Чернов в Петербурге в семье мелкого чиновника.
Окончив уездное училище, затем Петербургский техноло¬
гический институт, Чернов остался в институте препода¬
вателем. Одновременно он вольнослушателем учился в
Петербургском университете.
С 1866 г. Чернов назначается на Обуховский завод на
должность техника молотового цеха. В этом цехе отковы¬
вались заготовки артиллерийских стволов. Вот здссь-то
и сделал свое знаменитое открытие Чернов. Наблюдая за
раскаленными заготовками металла, он неоднократно за¬
мечал, что при определенных температурах нагрева или
охлаждения в металле происходят какие-то внутренние
превращения. Об этом можно было судить по двум при¬
знакам: в определенный момент цвет охлаждаемого металла
становился на несколько мгновений ярче и в этот же момент
от стали интенсивно отскакивала окалина, свидетельствуя
этим, что сокращение металла заменилось на короткое
время расширением. Чернов назвал эти температуры кри-
9

Павел Петрович Аносов (1797—1851).
тическими точками и установил, что они зависят от хими¬
ческого состава стали. Зная эти критические температуры,
легко установить, на сколько градусов необходимо нагреть
сталь для ковки или закалки. Если же этих температур
не придерживаться, то можно испортить металл. Это от¬
крытие Чернова имеет мировое значение до настоящего
времени.
Большой вклад в науку о металлах внесли русские,
французские, английские, немецкие ученые и ученые дру¬
гих стран. Так постепенно трудами ученых разных стран
создавалась наука о металлах. Год 1868, когда Чернов
открыл критические точки, считается годом зарождения
науки металловедения, занимающейся изучением метал¬
лов и сплавов.
Специалисты-металловеды изучают строение и свой¬
ства металлов, разрабатывают состав новых сплавов. Они
же разрабатывают новые способы изменения свойств, на¬
пример с помощью различных операций термической
обработки.
110

Дмитрий Константинович Чернов (1839—1921).
Металловедение тесно связано с физикой и химией.
В нашей стране созданы исследовательские институты,
заводские лаборатории, организовались целые школы
ученых-металловедов. Металловеды способствуют широ¬
кому внедрению в народное хозяйство металлов, раскры¬
вая все их «секреты» и «тайны». Термисты же, используя
достижения металловедов, практически осуществляют на
заводах термическую обработку металлов. Так, работая
в тесном содружестве, металловеды и термисты обеспечи¬
вают плодотворную работу наших металлургов и машино¬
строителей.

Оборудование для
ТЕРМООБРАБОТКИ
Всем знакомо слово «печь». В каждой печи непременно
что-то нагревается. Сталевары в печах плавят сталь, куз¬
нецы разогревают заготовки. Даже дома у каждого есть
русская печь, духовка или печка-чудо. Печи используются
и при термообработке для нагрева деталей перед закалкой,
при отжиге или отпуске. Мы познакомимся с электриче¬
скими печами небольших размеров, которые используются
для термообработки мелких деталей. Такие печи можно
приобрести для школьного уголка термиста. Уголком тер¬
миста мы будем называть комнату или часть комнаты, обо¬
рудованную и приспособленную специально для терми¬
ческой обработки металлов.
Учащиеся, особенно старшеклассники, под руковод¬
ством преподавателей могут сами рассчитать и изготовить
простейшие нагревательные устройства или печи.
КАМЕРНЫЕ ПЕЧИ
Камерными называются электрические печи типа
Н15, НЗО и другие, более крупные. Устройство их почти
одинаково, различаются они по размерам и мощности,
т. е. у них разные технические характеристики.
Цифра в обозначении типа печи соответствует ее мощ¬
ности. Мощность первой печи 15 кет, второй 30 кет. Раз¬
меры рабочего пространства печи Н15: ширина 300 мм,
длина 650 мм, высота 250 мж, печи НЗО: 450 X 950 X 450 мм.
Рабочим пространством называется обогреваемое нагре¬
вателями место, в которое загружаются детали. Размеры
печи Н15: ширина 1,1 м, длина 1,7 м, высота 1,5 м\ печи
НЗО: 1,27 X 2X1,65 ж.
Устройство камерной печи показано на фиг. 1. Спереди
12

рабочее пространство закрывается дверцей. Дверца с по¬
мощью механизма подъема поднимается кверху. Печь
смонтирована в металлическом заземленном кожухе, вы¬
крашенном снаружи белой серебристой краской. Такая
окраска лучше сохраняет тепло, не рассеивая его в
окружающее пространство. Камерные печи можно нагревать
до температуры 950°, а непродолжительно и до 1000°.
Даже при такой высокой температуре рабочего пространст¬
ва кожух печи нагревается не выше 60°.
Как же обеспечивается такое разумное распределение
температур:	внутри	до 1000°, а снаружи всего лишь
до 60 °? Эту задачу успешно решает футеровка. Приот¬
кроем дверцу печи и заглянем внутрь рабочего простран¬
ства. Сначала обратим внимание на нагреватели. Нагре¬
ватели навиваются из проволоки с высоким электросопро¬
тивлением, например из нихрома. Длина и диаметр про¬
волоки, диаметр и шаг спирали — все это рассчитывается,
исходя из требуемой мощности печи. Мощность же определяет¬
ся максимальной температурой нагрева и размерами
печи.
В камерной печи три нагревателя: два боковых и один
нижний подовый. Нагреватели уложены на керамических
шамотных полочках. Шамот — это материал, изготовлен¬
ный из смеси обожженной огнеупорной глины и кремне¬
зема. Рабочее пространство камерных печей выложено
из шамотных кирпичей различного фасона. Внизу рабо¬
чего пространства на кирпичах уложена подовая плита,
отлитая из жаропрочной и жаростойкой (окалиностой¬
кой) стали. На плиту укладываются нагреваемые детали.
Чтобы понять, как устроена футеровка печи, мысленно
сделаем поперечное сечение. Основное тепло нагревателей
принимает на себя огнеупорная кладка. Пространство
между огнеупорной кладкой и кожухом печи заполнено
теплоизоляционным материалом, очень плохо проводящим
тепло. В качестве теплоизоляции нижней части печи ис¬
пользуется специальный диатомитовый кирпич, а верхняя
часть и боковые зазоры заполняются диатомитовой засып¬
кой в виде порошка с величиной зерна 2—3 мм.
Огнеупорная кладка скрепляется раствором состава:
70—85% молотого шамота и 30—15% огнеупорной глины.
Диатомитовые кирпичи укладываются без раствора, но
швы пересыпаются диатомитовым порошком с зерном
не более 0,5 мм. Дверца печи набивается огнеупорным бэ-
13

юном состава: 7 частей дробленого диатомита и 1 часть
глиноземистого цемента или портланд-цемента.
Таким образом, для футеровки печи применяются два
основных вида материалов:	огнеупорные и теплоизоля¬
ционные.
Огнеупорными называются материалы с температурой
плавления выше 1580°. К ним относится шамот, который
применяется при температуре до 1200—1400Q. Обыкно¬
венный же красный кирпич неогнеупорен и применяется
при температуре не выше 750°. Огнеупорными являются
и кирпичи динасовый, магнезитовый, а также графит, кар¬
борунд, электрокарборунд.
Теплоизоляционные материалы отличаются очень низ¬
кой теплопроводностью. Помимо диатомита, применяемого
до 950°, к ним относятся: распущенный асбест и картон-
асбест (до 500°), асбест-шнур (до 300°), шлаковая мине¬
ральная вата (до 750°), стеклянная вата или волокно (до
600°), пенобетон (до 300°).
Камерные печи питаются от сети переменного трехфаз¬
ного тока напряжением 220 или 380 в. Каждый нагрева¬
тель подключается к одной фазе электросети. От сети ток
подается через щит управления. Щит представляет собой
металлический шкаф размерами 450 x 650x1800 мм и
обозначается двумя буквами — ЩУ. Щит обеспечивает
включение и отключение печи. Для этого в нем имеется
трехполюсный рубильник, который включается перед ра¬
ботой печи. Но даже при включенном рубильнике печь
может оказаться без тока, если выключен линейный кон¬
тактор. Контактор включается и отключается по команде,
получаемой от потенциометра. Оборудование щита: рубиль¬
ник, предохранители, контактор — называется станцией
управления (СУ). Схема включения камерной печи в сеть
показана на фиг. 2.
На щите управления укрепляется прибор, регулирую¬
щий температуру. На щите же имеется ручной универсаль¬
ный переключатель управления нагревателями печи. По¬
ложение переключателя влево соответствует включению
печи без регулирующего прибора, вертикально — печь
отключена, вправо — печь включена и соединена с регу¬
лирующим' прибором. Печь должна иметь конечный вы¬
ключатель, соединенный последовательно с нагревателями.
Конечный выключатель отключает печь при открывании
дверцы и включает ее при закрывании дверцы.
14

а о
О- н
И Ь2
g2
с «
о
3*5
£ 3
2 Я
ь ч
11
o.t
<и «
м я ь
Я Я S
а: «я
а я
ч ь
я о
vo «
СГ)
6
о я
ехч
ь о
О, и
О
... о
х &
я ®
Яю
0 рЗ
я л
1 I
~,-ч.
15

Нагреватели печи нужно регулярно очищать сжатым
воздухом или вручную от окалины. Сгоревший нагрева¬
тель можно сварить нихромовым электродом внахлестку
на длине 40—50 мм. Нагретую докрасна печь не рекомен¬
дуется резко охлаждать во избежание растрескивания
кладки.
Для измерения температуры существуют различные
приборы. Устройство их основано на общем принципе:
при изменении температуры изменяются свойства веще¬
ства. Возьмем, например, два металлических провода —
один из сплава хромель, другой из сплава копель. Одни
концы проводов соединим и спаяем. Другие концы под¬
ключим к гальванометру (фиг. 3). Спаянные концы нагреем
в печи или просто на огне спиртовки и понаблюдаем за
стрелкой гальванометра. Стрелка отклоняется. В чем дело,
откуда в пройодах взялся ток? Дело в том, что на концах
двух разнородных проводников возникает э. д. с.—■ элек¬
тродвижущая сила. Чем больше разница температур спа¬
янных и неспаянных концов, тем выше э. д. с.
Два проводника из разнородных материалов, способ¬
ных при нагревании их спаянных концов давать э. д. с.,
называются термопарой. Существует несколько типов
стандартных термопар. Металл проводов у них разный,
разная и температура применения. Наиболее распростра¬
нены термопары типа ТП (платина — платинородий), ко¬
торыми можно измерять температуру до 1300°; ТХА (хро¬
мель— алюмель)—до 900°; ТХК (хромель—копель) —
до 600°. Для определения температуры в камерных печах
обычно используются термопары ТХА.
Термопара называется первичным прибором для изме¬
рения температуры. Чтобы определить, на сколько же
градусов она разогрета, необходим вторичный прибор.
Такие приборы имеют шкалу в милливольтах или граду¬
сах международной темп ратуоыой шкалы. Чтобы пока¬
зание прибора соответствовало действительной темпера¬
туре печи, нужно всегда дать возможность термопаре про¬
греться до температуры печи.
При работе на камерных печах вторичным прибором
являются обычно потенциометры. Часто применяются
автоматические потенциометры типа ЭПД (фиг. 4), кото¬
рые могут иметь шкалу на 600, 800 и 1100°. Шкала каж¬
дого прибора отградуирована на термопару определенного
типа, что обозначено на шкале потенциометра. Например,
16

если потенциометр должен работать с термопарой ТХА,
то маркировка на нем такая: гр. Л А.
Нельзя подключать к прибору термопару другого типа,
потому что показания будут неточными.
Потенциометр может не только показывать темпера-
туру, но и записывать ее на диаграмму. Укрепляется по¬
тенциометр в окне щита управления. К нему по определен¬
ной схеме подключается термопара и станция управления.
Эти три прибора: термопара, потенциометр и станция
управления — и обеспечивают регулирование температуры
Фиго 3, Термопара с милливольт- Фиг. 4. Электронный потен-
метром.	циометр.
печи. Термист только задает на потенциометре необходи¬
мую температуру, включает потенциометр и печь (фиг. 5).
Дальнейшее регулирование температуры осуществляется
автоматически.
Термопара к потенциометру или другому вторичному
прибору подключается с помощью специальных компен¬
сационных проводов, имеющих электрические свойства, близ¬
кие к электрическим свойствам проводов термопары. Для
подключения термопары ТП применяются компенсационные
провода из меди (+) и сплава ТП, состоящего из 99,4%
меди и 0,6% никеля (—); для термопары ТХА — из меди (+) и
константана (—). Окраска медного провода красная, из спла¬
ва ТП — зеленая, из константана — коричневая.
Стандартные компенсационные провода выпускаются в раз¬
ных оплетках, например в хлопчатобумажной, и обозначают-
^ Л. П. Карпов
17

ся КТО. При отсутствии компенсационных проводов их
можно заменить обычным медным проводом сечением не
менее 1,5 мм2 с изоляцией, испытанной на напряжение не
ниже 500 в.
Пирометрические милливольтметры — это гальванометры,
предназначенные для определения температуры в печах
с помощью термопар. Шкала приборов отградуирована
в милливольтах или в градусах. Необходимо следить за
тем, чтобы градуировки термопары и гальванометра совпа¬
дали. Градуировка отмечается на шкале прибора. Назовем
Фиг. 5. Так задается необходимая температура.
несколько стандартных пирометрических милливольтмет¬
ров, которые необходимо приобрести для школьного уголка
термиста.
Милливольтметр МПЩПр-54. Это показывающий профиль¬
ный прибор, выпускаемый в комплекте с любой термо¬
парой.
Милливольтметр МПЩПл-54. Прибор показывающий
прямоугольный с плоской шкалой, выпускается с градуи¬
ровкой к любой термопаре, кроме ТП.
Прибор МПП-054 — переносный показывающий, для
контрольных и лабораторных измерений, его можно под¬
ключать к любой термопаре.
Необходимо помнить, что шкалы приборов могут быть
разными, в зависимости от градуировки термопары. В ком¬
плекте с термопарой ТП шкала прибора 0—1600°, с тер¬
мопарой ТХА 600, 800 или 1100°. В комплекте с милли¬
18

вольтметрами МП-18 удобно применять термопары лабо¬
раторные типа ТПП-IV и ТПП-V. Длина их 1000 или 500 мм,
чехол фарфоровый диаметром 8 мм. К термопарам под¬
ключен провод длиной 2,5 м (фиг. 3).
ПЕЧЬ ДЛЯ ОТПУСКА
Для отпуска деталей применяются специальные отпуск
ные печи. Стандартная отпускная печь типа ПН31 пока¬
зана на фиг. 6. Мощность ее 24 кет, напряжение 220 в.
%
ш/,/а
‘'•/■/■у
•v/v
:л
"Я
У-Л
Л
/7*
«/
/с
V-'
ш
Фиг. 6. Отпускная печь:
/—вентилятор; 2—нагреватель; 3—деталь; 4—термопара.
Кожух печи и рабочее пространство круглые. Сверху печь
закрывается крышкой. Детали загружаются в металли¬
ческую корзину. После загрузки деталей крышка закры¬
вается, включаются нагреватели печи и вентилятор для
равномерного обогрева деталей. Максимальная темпера¬
тура нагрева 650°.
1Э

Температуру печи можно определять термопарой ТХА
или ТХК. Можно использовать и термометры сопротив¬
ления со вторичным прибором — мостом сопротивления
типа ЭМД-212. Термометры сопротивления внешне напо¬
минают термопары, однако принципы их работы различны.
При изменении температуры изменяется электросопротивле¬
ние проводников, составляющих термометр. Это изменение
электросопротивления измеряется вторичным прибором.
В термических цехах применяются термометры сопротивления
типа ЭТП или ЭТМ.
СОЛЯНАЯ ВАННА
Нагреть детали более быстро, чем в печи, можно в со¬
ляной ванне. Очень удобна стандартная ванна типа В10
(фиг. 7). Устройство ее такое же, как отпускной печи,
только вместо корзины в ванну
вставляется тигель из жаростой¬
кой (окалиносгойкой) стали. Ра¬
бочий размер тигля: диаметр
200 мм, высота 350 мм. В тигле
расплавляется смесь солей: по¬
варенной соли NaCl и хлори¬
стого калия КС1. Чаще всего
смесь состоит из 50% NaCl и 50%
КС1.
Такая смесь плавится при
температуре 660 и применяется
до 900°.
Для нагрева деталь погру¬
жается в соль. В соли можно
нагревать всю или только часть
детали, например лезвие от¬
вертки. При нагреве в соли
можно избежать окисления де¬
талей. Для этого перед загруз¬
кой деталей соль нужно раскис¬
лить просушенным древесным углем. Уголь в сетке загру¬
жается в соль и выдерживается там некоторое время — до
1 часа или более. Детали, нагретые в хорошо раскисленной
соли и охлажденные в воде или масле, имеют чистую
светлую поверхность, почти неокисленную. Термопара вста¬
вляется в соль или под тигель. Мощность ванны В10
равна 10 кет, напряжение 220 в, диаметр кожуха 1200 мм.
Фиг. 7. Соляная ванна:
/ деталь; 2 — вентиляционный
колпак; 3 — термопара; 4— на¬
греватель; б — тигель.
20

НАГРЕВ В МУФЕЛЯХ
Для нагрева мелких деталей в школьных условиях
удобно применять стандартные печи — муфели. Они за¬
нимают мало места, просто обслуживаются, могут нагре¬
ваться до температуры 1000°. Муфель типа МП-2 показан
на фиг. 8. Мощность его нагревателей 2,6 кет, напряже¬
ние 220 в. Размеры рабочего пространства: ширина 175 мм,
длина 263 мм, высота 95 мм. Габариты муфеля: ширина
525 мм, длина 603 мм, высота 580 мм. Вес 60 кг.
Фиг- 8. Муфельная печь МП-2:
1—рабочее пространство; 2—керамика; S—нагреватель; 4—воз¬
душный зазор; б — шамот; 6 — теплоизоляция; 7—кожух.
Муфель обогревается нагревателем, навитым вокруг
рабочего пространства по всей его длине. Поперечное
сечение муфеля показано на фиг. 8. Температура ванны ре¬
гулируется автоматически. Это обеспечивает первичный
прибор, вставленный в рабочее пространство, и термо¬
регулятор, соединенный с нагревателем. Необходимая
температура устанавливается термистом с помощью по¬
воротного переключателя на передней стенке муфеля.
Необходимо оберегать муфель от резкого охлаждения,
так как при резком охлаждении может потрескаться
керамика.
Имеются еще два стандартных муфеля типа МП-0
и МП-1. Мощность их нагревателей 1,75 кет. Размеры
рабочего пространства: ширина 137 мм, длина 210 мм,
высота 85 мм. Температура муфеля МП-0 регулируется
реостатами, а муфеля МП-1 — автоматически в интервале
500—1000°.
21

Муфели используются для нагрева деталей под закал¬
ку, для отжига и отпуска. Регулирование температуры до
500° можно производить с помощью реостатов. В этом
случае температуру необходимо контролировать термопа¬
рой. Рекомендуется температуру контролировать и при
работе муфеля на 500—1000°. Хорошие муфели, назы¬
ваемые муфельная печь № 6 (фиг. 9), выпускаются ленин¬
градским заводом «Электродело». Мощность этих муфе¬
лей 2,6 кет, напряжение 127 или 220 в постоянного или пе¬
ременного тока. Размеры рабочего пространства: ширина
Фиг. 9. Муфельная печь № 6.
185 мм, длина 280 мм, высота 113 мм. Максимальная тем¬
пература нагрева 900°. В интервале от 600 до 900° темпе¬
ратура регулируется с помощью рычажного реостата,
выполненного в виде подставки к печи. Контролируется
температура термопарой.
Отпускать мелкие детали можно в стандартных электри¬
ческих сушильных шкафах типа Ш-0,05. Устройство
шкафа простое (фиг. 10). Электрический нагреватель
мощностью 1,1 кет обогревает кожух рабочего простран¬
ства диаметром 410 мм и длиной 390 мм. Вес шкафа 55 кг.
Нагрев может производиться до температуры 250°.
От 80 до 250° температура регулируется автоматически
и задается регулятором, установленным сбоку на кожухе
шкафа. Контролируется температура с помощью термо¬
метра со шкалой от 0 до 300°, который вставляется в спе¬
циальное отверстие сверху муфеля.
22

Для контроля температуры до 500° в шкафах и муфе¬
лях можно использовать технические ртутные термомет¬
ры. Они выпускаются с разными шкалами, например от
0 до 300° или от 0 до 500°. Разной может быть и длина
термометров. Удобны термометры с рабочей длиной 85—
230 мм.
Температуру деталей, нагреваемых в муфелях и шка¬
фах, можно определять с помощью термокарандашей.
Набор термокарандашей позволяет определять темпера¬
туру от 40 до 580°. Каждый карандаш изменяет свой цвет
Фиг. 10. Сушильный шкаф.
при определенной температуре. Чтобы определить темпе¬
ратуру детали, на ее поверхности проводят штрихи раз¬
ными карандашами. По изменяющемуся цвету мазков
определяют температуру нагрева детали.
Можно определять температуру муфеля или шкафа
и термопарой.
ЧЕМ ЗАКАЛИВАТЬ И В ЧЕМ
Детали нужно загрузить в печь, прогреть их, а затем
выгрузить и охладить. Поэтому, кроме печей и муфелей,
в школьном уголке термиста должно быть оборудование
23

для охлаждения деталей и инструмент для захвата и пе¬
ремещения их.
Охлаждать детали можно в двух металлических бачках.
Один залить водой, другой — веретенным или машинным
маслом. Обе жидкости применяются как охлаждающие
среды при закалке. Закаливать мелкие детали можно в не¬
больших бачках диаметром 180 мм, высотой 300 мм. За¬
каливать более крупные детали нужно в бачках покрупнее:
400 x 600 x 800 мм. В этом случае масляный бак должен
иметь плотно закрывающуюся крышку, которая закры¬
вается в случае воспламенения масла. Охлаждать горячие
детали часто приходится на воздухе. Для этого необходимо
оборудовать специальную площадку на полу или на
столе, выложив ее теплоизоляционным материалом, на¬
пример асбестом.
Перемещаются горячие детали специальными кле¬
щами, крючками, клюшками (фиг. 11). Эти инструменты
должны быть легкими и удобными, в то же время доста¬
точно прочными и длинными. Губки клещей можно сде¬
24

лать не только плоскими, но и корытообразными, которыми
удобнее захватывать цилиндрические детали.
Для изготовления указанного инструмента необходимо
брать низкоуглеродистую сталь, которая не закаливается.
БЕРЕГИ СЕБЯ И ТОВАРИЩЕЙ
Когда школьный уголок термиста будет оборудован,
необходимо проверить, все ли предусмотрено для безопас¬
ной работы. Особое внимание нужно обратить на эле¬
ктрооборудование. Все электроприборы и кожухи электро¬
печей нужно заземлить. На полу перед камерной печью
положите резиновый коврик. Камерная и отпускная печи
должны иметь исправные конечные выключатели. Муфель
и электрошкаф следует установить на электро- и тепло¬
изоляционную подставку. В доступном месте должны на¬
ходиться огнетушители. Когда все проверено и учащиеся
усвоили правила безопасной работы, тогда и только тогда
можно приступать к термообработке.
Основные правила безопасной работы. Работать около
камерной печи необходимо стоя на резиновом коврике.
Ремонтировать только отключенную печь.
Не забывать, что детали горячие.
На руки нужно надевать брезентовые или суконные ру¬
кавицы.
Соли руками не брать, а пользоваться совками.
Не пробовать на вкус соли и растворы.
Клещи, клюшки, молотки, наждак содержать в ис¬
правном состоянии.
Не допускать перегрева закалочного масла выше тем¬
пературы 60°. При загорании масла в баке закрыть плотно
крышку.
В ванну с расплавленной солью не погружать мокрые
и влажные предметы и вещества: соль выплеснется. Нель¬
зя перегревать соль выше рекомендуемой температуры при¬
менения.
Работать на ванне только при включенной вытяжной
вентиляции.
На случай перегорания тигля соль должна стекать
в отверстие кладки — так называемый аварийный слив,
который должен быть всегда открытым.
Осторожно обращаться со стальными и другими метал¬
лическими деталями: острые кромки деталей и заусенцы
могут поранить руки.
25

Закаленные детали или детали с окалиной не испыты¬
вать на излом близко перед глазами: отскочившие куски
металла или окалины могут поранить глаза.
Во избежание пожара или ожога горячие детали охлаж¬
дать на специальной площадке.
При термическом ожоге необходимо забинтовать по¬
раженное место сухой стерильной повязкой и обратиться
к врачу.
О всех замеченных неисправностях оборудования сооб¬
щать руководителю занятий.
При несчастном случае с товарищем принять все меры
по оказанию первой помощи и срочно обратиться к врачу.
Работать в уголке термиста рекомендуется группами,
а не в одиночку.
Учащиеся должны знать правила безопасной работы
и выполнять их. На производстве выполнение таких пра¬
вил называется соблюдением правил техники безопасности.
УГОЛОК ТЕРМИСТА
Чтобы близко познакомиться с металлами, недостаточ¬
но научиться их обрабатывать механическим путем на
станках или вручную. Необходимо познакомиться с пове¬
дением металлов при нагревании, охлаждении, с терми¬
ческой обработкой.
Эго можно делать, если в школьных производственных
мастерских будет организован уголок термиста. В нем обя¬
зательно должны быть: печи или муфели для нагрева до
1000° и для отпуска, приборы для измерения температуры,
закалочные бачки, клещи, твердомеры. Необходимо иметь
образцы цветных металлов и сталей.
На стенах комнаты желательно вывесить наглядные
пособия и портреты великих русских металлургов — ме¬
талловедов. Словом, все, что относится к термообработке,
должно быть собрано в этой комнате. На фиг. 12 показано
оборудование простейшего уголка термистов.
УПРАЖНЕНИЯ
Цель упражнений — получить наглядное представле¬
ние о том, что описывается в книге. Желательно выполнить
все упражнения, и в той последовательности, в какой они
приведены в книге. Кроме того, учащиеся под руковод¬
27

ством преподавателей могут сами составить некоторые до¬
полнительные упражнения.
Упражнение 1. Внимание — включаю печь!
Научитесь обслуживать электрическую печь или
муфель: включать, выключать, регулировать темпе¬
ратуру. Определите время разогрева печи до темпе¬
ратуры закалки (около 800°) и отпуска (около 200°).
Определите время охлаждения печи. Данные запи¬
шите.
Упражнение 2. Знакомство с термопарой
Разберите и соберите термопару, изучите ее устрой¬
ство. Подключите термопару к гальванометру, соблю¬
дая полярность электродов. Научитесь устанавливать
термопару в печь. Проследите за показаниями галь¬
ванометра при нагреве термопары.
Упражнение 3. Учитесь измерять температуру
Разогрейте муфель до температуры не свыше
500°. Измерьте температуру рабочего пространства
с помощью термопары с гальванометром и с помощью
термометра. Сравните показания. Определите, какой
прибор быстрее реагирует на изменение температуры.
В зависимости от цены деления шкалы гальваномет¬
ра и термометра определите, на каком приборе можно
точнее определить температуру.
Упражнение 4. Электротехника нужна термисту
Постройте схемы электропитания электрических
печей, которые находятся в вашем уголке термиста.
Укажите их технические характеристики.

Как производится
Itt^ ТЕРМООБРАБОТКА
Самыми распространенными видами термической об¬
работки являются: закалка, отпуск, отжиг, нормализация.
Как же осуществляется термообраб. тка? Она склады¬
вается из следующих этапов: нагрева, выдержки, охлаж¬
дения. Это можно изобразить на графике (фиг. 13). По вер¬
тикальной линии отложим температуру в ° С, а по горизон-
Фиг. 13. Графики режимов термообработки.
тальной — время в минутах или часах. Время нагрева,
температура и время выдержки, скорость охлаждения —
все это вместе называется режимом термообработки. Ре¬
жимы бывают разные и зависят от марки стали или сплава.
На производстве процесс термообработки длится от
нескольких минут до нескольких часов. Отжиг крупных
поковок продолжается даже несколько суток. Мы же в ос¬
новном познакомимся с режимами термообработки мелких
деталей, которая может быть осуществлена в школьном
уголке термиста.
Рассмотрим отдельно каждый этап.
29

НАГРЕВ
Прежде всего при термообработке деталь необходимо
нагреть. Само слово «термо» означает по гречески — тепло,
жар.
Температура нагрева зависит в основном от марки ме¬
талла. Нагревать сталь при закалке и отжиге нужно до
определенных температур. Температура эта обычно бе¬
рется выше тех критических точек, которые открыл
Д. К. Чернов. Если нагревать ниже, то сталь не зака¬
лится или не отожжется. Если нагревать значительно
выше, то металл можно перегреть. Перегрев снижает
прочность металла. При сильном завышении температуры
металл можно даже пережечь. Такой металл совершенно
непригоден для работы, он легко разрушается. Наконец,
при чрезмерном превышении температуры металл можно
даже расплавить. Особенно строго нужно следить за
температурой нагрева алюминиевых сплавов. У них темпе¬
ратура нагрева под закалку очень близка к температуре
плавления.
Температура нагрева при отпуске гораздо ниже, чем
при закалке и отжиге. Но соблюдать режимы отпуска
нужно также строго. Конкретные температуры нагрева
будут даны при описании термической обработки черных
и цветных металлов.
Деталь при любой термообработке должна быть пол¬
ностью прогрета до выбранной температуры. Время нагре¬
ва бывает разным и зависит в основном от размеров детали,
от мощности и температуры печи. Чем массивнее деталь,
тем она дольше прогревается. Чем выше температура
печи при загрузке детали, тем быстрее деталь прогреется.
Чем больше мощность печи, тем детали нагреются быст¬
рее. В отпускных печах детали прогреваются медленнее,
чем в закалочных, потому что температура в них мала.
Время прогрева деталей в печи на практике часто
определяется опытным путем и принимается равным для
камерных печей примерно одной минуте на каждый милли¬
метр диаметра или толщины детали. Это значит, например,
что болт М5 нагреется до температуры 830° за 5 мин.
В муфелях нагрев продолжительнее почти в два раза.
Время прогрева стальных деталей при закалке и отжиге
легко устанавливается по цветам каления. Мы уже отме¬
чали, что тела, нагретые выше температуры 500°, светятся
30

Светится и футеровка термических печей. Если печь разо-
грета до температуры около 800°, то цвет ее футеровки
вишнево-красный. Холодная деталь, помещенная в такую
печь, резко отличается по цвету от футеровки. Сначала
деталь блестящая, затем начинает темнеть, а спустя не¬
которое время начнет светиться. Когда же цвет детали
становится одинаковым с цветом футеровки, это означает,
что температуры их равны, деталь прогрелась. Рекомен¬
дуем приобрести некоторый опыт в определении темпера¬
туры нагретых деталей по цветам каления (см. цветную
вклейку).
Основные цвета каления
Темно-красный . .	.600°	Желтый	.	... 1100°
Красный ....	. 750°	Белый		 1400°
Оранжевый .	. 900°
Время нагрева деталей в соли также можно определять
по цвету каления. Для этого деталь приподнимают над
зеркалом соли и сравнивают цвета соли и детали.
При отпуске время нагрева деталей устанавливается
заранее и назначается с момента загрузки деталей в печь.
Иногда режим отпуска определяют по цветам побежалости.
Так называются цвета окисных пленок, которые образуют¬
ся на поверхности стали, нагретой до температуры 220—
360°. Каждой температуре нагрева соответствует пленка
определенного цвета. Для инструментальной стали, напри¬
мер У7, цвета побежалости такие:
Желтый	 240°	Голубой	...... 330°
Фиолетовый .... 270°	Серый	 . 360°
Синий 	 300°
Все они показаны на цветной вклейке. Рабочая часть зу¬
била только что замочена в воде (закалена), приподнята
над водой и начинает прогреваться теплом незакаленной
нерабочей части. При этом цвета побежалости волной пе¬
ремещаются к острию зубила. Когда нужно прекратить
дальнейший нагрев, деталь снова замачивают в воде. Так
закаливают зубила, клейма и другие детали. Такая закалка
называется закалкой с самоотпуском.
з*

выдержка
Большинство деталей, особенно массивных, мало про¬
сто нагреть до необходимой температуры. Необходимо
после нагрева их еще некоторое время выдержать в печи.
Это нужно для выравнивания температуры по сечению де¬
тали, а также для завершения внутренних превращений.
Продолжительность выдержки шычно принимается рав¬
ной одной пятой времени нагрева. Выдержка при отжиге
обычно несколько больше выдержки при закалке. При
отжиге метчиков, фрез, резцов и других инструментов
выдержка должна быть от 30 до 60 мин. Чем больше деталь,
тем продолжительнее выдержка.
Мелкие детали, например пружины из листовой стали,
инструменты небольшого диаметра, можно выдерживать
только до тех пор, пока они не прогреются до темпера¬
туры печи, и затем охлаждать. В наших упражнениях часто
режим так и будет задаваться: выдержка до прогрева.
При закалке и отжиге передержка в печи недопустима.
При отпуске передержка не страшна. При отпуске мелких
деталей выдержка обычно равна 30—60 мин,
ОХЛАЖДЕНИЕ
Охлаждать нагретые детали можно по-разному. Самый
простой способ охлаждения — на воздухе. Деталь выгру¬
жается из печи, укладывается на ровную площадку и
охлаждается до комнатной температуры. Так производится
нормализация.
Часто после нагрева и выдержки детали из печи не вы¬
гружаются. Отключаются нагреватели печи, а детали
охлаждаются вместе с печью до температуры 600—400°. За¬
тем детали можно выгружать и охлаждать на воздухе до
комнатной температуры. Можно в печи охлаждать и ниже
400°, но это уже не обязательно. Такой вид термообработ¬
ки с охлаждением в печи называется отжигом.
Более быстрое охлаждение, чем на воздухе, можно
произвести в воде. Так это и делают при закалке. Вода —
самая удобная и дешевая охлаждающая среда. Для за¬
калки сталей вода должна быть холодной — с температурой
не выше 30°. Иногда для закалки углеродистых сталей
применяют соляный раствор (10—15% поваренной соли
NaCl, остальное вода). Такой раствор охлаждает быстрее,
32

даст более высокую и равномерную твердость, при закалке
в нем меньше вероятность образования трещин и меньше
деформация. Для закалки легированных сталей (о них бу¬
дет сказано ниже) вода не подходит. Детали из таких ста¬
лей лучше закаливать в масле. Алюминиевые сплавы,
кроме дуралюминов, закаливаются в теплой или горячей
воде, а дуралюмины — в холодной воде.
Итак, мы рассмотрели все виды термообработки по эта¬
пам. Закалка, отжиг, нормализация и отпуск — это виды
термообработки, состоящие из нагрева детали до опре¬
деленной температуры, выдержки и охлаждения с соответ¬
ствующей скоростью. Можно графически изобразить все
виды термообработки вместе и сравнить их (фиг. 13). Как
видно из графика, самая большая скорость охлаждения —
при закалке в воде, а самая маленькая — при отжиге
в печи.
Какова же сущность каждого вида термообработки?
Мы уже отмечали, наши русские ученые П. П. Аносов
и особенно Д. К. Чернов первыми в мире разобрались
в секретах закалки и вообще термообработки. Сейчас эти
процессы хорошо изучены.
Цель термообработки — изменить свойства металлов.
Что при этом происходит в металле? При термической об¬
работке изменяется внутреннее строение металла, его
структура. Изменяется структура •— изменяются и свой¬
ства металла. Как изменяются свойства металлов при раз¬
личных видах термической обработки — это мы рассмот¬
рим в следующих разделах книги.
УПРАЖНЕНИЯ
Для выполнения упражнений следует брать непремен¬
но те металлы, которые указаны в заданиях. Размеры об¬
разцов можно изменять. Однако во всех случаях замены
металла и образцов должна быть уверенность, что упраж¬
нение не потеряет своего смысла и наглядности. Это во мно¬
гом зависит от самих учащихся и преподавателей. Цель
упражнений обычно раскрывается их заголовками. В уп¬
ражнениях не даются подробные режимы термообработки,
они имеются в соответствующих разделах книги. Указан-
ные в упражнениях марки сталей, например У7, УЮ,
сталь 45, 65Г, 20ХНЗА, Ст. 3 и другие, описаны в главе
«Черные металлы».
^	-Ч.	П.	Карпов
33

Упражнение 5. Цвета каления
Стальную деталь со светлой поверхностью поме¬
стите в печь, разогретую до температуры 600ч. Про¬
следите за временем прогрева детали до температуры
печи. Определите момент выравнивания температуры
детали и футеровки. Постарайтесь запомнить цвет1
детали и футеровки при 600°. То же самое проделай¬
те при других, более высоких температурах печи. За¬
рисуйте цвета каления, составьте свою шкалу и
укрепите ее на стене в уголке термиста.
Упражнение 6. Цвета побежалости
Из стали У7 выточите несколько образцов, зака¬
лите их (нагрев 780°, охлаждение в воде), отпустите
при температуре 180°. Затем прошлифуйте на стан¬
ке или зачистите их шкуркой и отпускайте при раз¬
ных температурах от 220 до 360°. Вы получите об¬
разцы с разными цветами побежалости. Составьте
коллекцию таких образцов для уголка термиста.
Составьте свою шкалу температур и зарисуйте цвета.
Шкалу укрепите на стене.
Упражнение 7. Виды термообработки
Из стали марки 45 изготовьте 4 образца. Один
образец закалите (нагрев 830°, охлаждение в воде)
и отпустите при 200°. Другой отожгите при темпе¬
ратуре 820°, третий нормализуйте (нагрев 820°), чет¬
вертый отпустите при 600°. Проследите за режимом
при каждом виде термообработки. Составьте график
каждого вида термообработки. Сравните твердость
образцов.
Упражнение 8. Вода и масло
Изготовьте из стали У7 два образца диаметром
15 мм длиной 30 мм. Закалите один образец в воде,1
другой в масле (нагрев 780°). Сравните скорость
охлаждения образцов в воде и масле. Для этого спустя
15—10 сек. после начала охлаждения выньте образ¬
цы из охлаждающих жидкостей и, поливая их во
дой, осторожно на ощупь сравните их температуру.
После полного остывания сравните твердость образ
цов (как описано в главе «Свойства металлов»).

Упражнение 9. Скорость нагрева и охлаждения-
Возьмите термопару любого типа с металличес¬
ким чехлом. Подключите термопару к вторичному
прибору (потенциометру или гальванометру). Вставьте
рабочий конец термопары в печь, разогретую до тем¬
пературы 800°. Записывайте время разогрева термо¬
пары через каждые 50°. Постройте график нагрева
термопары в координатах: температура — время. Оп¬
ределите среднюю скорость нагрева.
Разогретый до температуры 800° рабочий конец
термопары охлаждайте поочередно: первый раз — на
воздухе, второй раз — в масле и третий раз — в воде.
Каждый раз записывайте время падения температуры
через 50 или 100°. Время определяйте по секун¬
домеру или по секундной стрелке часов. Постройте
графики охлаждения в тех же координатах и опре¬
делите среднюю скорость охлаждения для каждого
случая.
Дополнительно можно определить время и скорость
охлая' пения, применяя подвижные среды, например
охлаждая термопару сжатым воздухом, в переме¬
шиваемом масле или в проточной воде.

Металлы
и ИХ СТРУКТУРА
Металлами называется определенная группа химиче¬
ских элементов. Пока известно всего сто три элемента, из
них металлов около восьмидесяти. К металлам относятся
железо, медь, никель, серебро, золото, ртуть, алюминий,
магний, платина, титан, вольфрам и другие элементы. Ос¬
тальные элементы относятся к неметаллам или, как их
иначе называют, металлоидам. Это углерод, сера, ки¬
слород, азот, фосфор, кремний, бром, йод.
По какому же признаку подразделяются элементы на !
металлы и неметаллы? Все зависит от свойств элементов.
Все металлы имеют некоторые общие свойства, которыми
не обладают неметаллы. Во-первых, все металлы — тела
твердые при обычной комнатной температуре, за исклю¬
чением ртути. Ртуть даже при комнатной температуре на¬
ходится в жидком состоянии, что позволяет, в частности,
с успехом применять ее в термометрах. Во-вторых, все ме¬
таллы имеют характерный металлический блеск. Разуме¬
ется, речь идет о блеске свежезачищенной поверхности.
Характерное свойство металлов — их высокая плас¬
тичность. Пластичность позволяет ковать металлы, при¬
давая им нужную форму, гнуть их, штамповать. Вели¬
кий русский ученый М. В. Ломоносов дал такое опреде¬
ление металлам: «Светлые тела, которые ковать можно».
Благодаря пластичности из алюминиевой проволоки мож-:
но, что называется, веревки вить. Большинство неметал¬
лических материалов как встречающихся в природе, так
и искусственно созданных и состоящих в основном из ме<
таллоидов, не обладает такими свойствами. Так,- напри¬
мер, стекло, дерево, камень, фарфор не имеют металличе¬
ского блеска, да и ковать или сильно гнуть их нельзя.
Правда, определенной пластичностью обладают некоторый

неметаллические материалы, например пластмассы, но все-
таки ковать их нельзя.
Метачты характеризуются и другими важными свой¬
ствами' высокой электропроводностью и высокой тепло¬
проводностью. Именно благодаря высокой электропро¬
водности провода линий электропередач изготовлены из
металлов — меди или алюминия. Изоляторы, наоборот,
изготовлены из фарфора.
Применение металлов в народном хозяйстве опреде¬
ляется не только их свойствами, но и запасами, легкостью
добывания. В земной коре имеются ъ достаточном количе¬
стве металлы натрий, калий, кальций, но они не могут ши¬
роко применяться для изготовления деталей машин вви¬
ду низкой прочности и легкой окисляемости. Другие ме¬
таллы, например молибден, вольфрам, имеют нужные нам
свойства, но их мало и добыча их стоит дорого. Есть ме¬
таллы, у которых и свойства хороши, и запасы их огром¬
ны, но их только недавно по-настоящему научились до¬
бывать. Это магний, титан, цирконий и другие.
Помимо металлов, в технике широко применяются
сплавы. Сплавом называется вещество, состоящее из не¬
скольких элементов. Назовем некоторые металлические
сплавы. Сталь — сплав железа с углеродом и другими эле¬
ментами. Латунь — сплав меди и цинка. Бронза — сплав
меди с оловом или с другими элементами. Дуралюмин —
сплав алюминия с медью, магнием и марганцем. В состав
сплава могут входить как металлы, так и неметаллы. На¬
пример, основу стали составляет железо, а важнейшей
примесью является неметалл углерод.
Сплавы получают чаще всего сплавлением отдельных
элементов. Можно получать сплавы и другими способами,
например спеканием металлических порошков при высоких
температурах (этот способ называется металлокерамикой).
Что же заставило людей изготовлять именно сплавы,
а не довольствоваться одними простыми металлами? Срав¬
ните железо и сталь, медь и бронзу — и вы убедитесь
в преимуществе сплавов перед простыми металлами. С раз¬
витием техники возникает потребность в металлических
материалах сыновыми свойствами, а простых металлов
с такими свойствами нет. На помощь приходят ученые-
металловеды, которые разрабатывают новые сплавы. Ни¬
хромы, силумины, специальные стали — все это примеры
чудесных современных сплавов.
37

ПОЗНАКОМИМСЯ со структурой
Металлы — тела кристаллические. Любой кусок ме¬
талла или металлическая деталь состоят из множества
кристаллов, или, как их иначе называют, зерен. В природе
часто встречаются кристаллические вещества, например:
гипс, горный хрусталь, поваренная соль, медный купорос.
Кристаллическое строение имеет и всем нам прекрасно
известный сахар. Каждое зерно в таком веществе отделено
от другого границей раздела, в то же время между собой
эти зерна крепко связаны внутренними силами.
Зерна могут быть разной величины и формы, они по-
разному могут располагаться в металле. Сплавы так же,
как и металлы, имеют кристаллическое строение. Зерни¬
стое строение металла или сплава часто можно наблюдать
невооруженным глазом, т. е. без увеличения, на поверх¬
ности отливок, на изломе перегретой стали, на изломе
чугуна или алюминиевого сплава (фиг. 14). Еще отчет¬
ливее зерна можно наблюдать, рассматривая металл в
микроскоп.
Изучением строения металла занимается наука метал¬
лография. Строение металла, которое мы наблюдаем в из¬
ломе или под микроскопом, называется структурой. Разли¬
чают макроструктуру — строение металла, видимое нево¬
оруженным глазом или в лупу с увеличением до 30 раз,
и микроструктуру — строение металла, видимое с помощью
микроскопа.
Структура простого металла состоит из зерен одного
элемента. Структура сплавов гораздо сложнее, потому что
сплав состоит из двух или большего числа элементов. Как
же располагаются отдельные элементы в сплаве? Это за¬
висит от свойств элементов и их количественного соотно¬
шения в сплаве. Может быть так, что каждый элемент
в сплаве образует свои зерна, тогда в сплаве будет смесь
различных зерен. Такое строение имеют некоторые марки
серого чугуна, имеющие в своей структуре зерна железа
и графита (фиг. 15). В других случаях структура сплава
может состоять из одинаковых зерен, в каждое из которых
входят все элементы, составляющие сплав.
Так или иначе, металлы и сплавы состоят из множества
зерен. Как же устроены сами зерна? Все вещества: простые
и сложные, кристаллические и некристаллические, метал¬
лы и неметаллы — состоят из атомов. Однако расположе-
38

39
Фиг. 14 Излом алюминиевого сплава Фиг. 15. Микроструктура серого чугуна (графит—черные
 (увеличено п 4 разя). включения	железо—светлое поле). Увеличение 500.

ние атомов, их связи различны в разных веществах. Рас¬
положение атомов внутри металлов подчиняется опреде¬
ленным законам. В кристаллах атомы располагаются не
беспорядочно, а образуют небольшие группировки, на¬
зываемые ячейками. В ячейке каждый атом знает свое
место. Форма ячейки бывает различной для разных метал¬
лов. С помощью рентгеновского анализа установлено,
например, что железо, медь, алюминий имеют ячейку в ви¬
де куба. Атомы находятся в углах куба и, кроме того,
в центре куба (железо) или в центре каждой грани куба
(медь, алюминий). Определено даже расстояние между со¬
седними атомами в ячейке, измеряется оно ничтожно ма¬
лой величиной —• ангстремом. Один ангстрем обозначает-
о
ся А и равен 0,00000001 см. Так, например, расстояние
о
между угловыми атомами железного куба равно 2,86 А.
Прочно соединяясь между собой внутренними межатом¬
ными силами, ячейки образуют кристаллы.
Структура металла не остается постоянной. Она может
изменяться при изменении химического состава сплава,
условий выплавки. Деформация и термическая обработка
также существенно изменяют структуру.
ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОСКОПА
Рассмотрим теперь, как с помощью микроскопа изу¬
чается структура металлов и сплавов. Мы уже отмечали,
что впервые для изучения структуры металлов микроскоп
применил П. П. Аносов. С тех пор применение микроскопа
значительно расширилось, существенно изменилась и его
конструкция. В настоящее время, кроме оптических, даю¬
щих увеличение до 2000 раз, имеются микроскопы элек¬
тронные, способные увеличивать до одного миллиона раз.
В заводских лабораториях чаще применяются верти¬
кальные оптические микроскопы марки МИМ-6, которые
можно рекомендовать для школьного уголка термиста
(фиг. 16). Микроскоп МИМ-6 позволяет рассматривать
структуру металлов при увеличении от 63 до 1425 раз,
а также фотографировать структуру.
Порядок работы с микроскопом следующий. Устанав¬
ливается необходимый объектив и окуляр, обеспечивающие
требуемое увеличение. Подготовленный образец устанав¬
ливается рассматриваемой поверхностью на столик над
объективом. Микроскоп включается в электросеть. На¬
4*

страивается резкость изображения, и изучается структура
образца. При необходимости можно включить любой из-
светофильтров: зеленый, синий или желтый. Для наилуч¬
шего рассматривания микроструктуры необходимо по~
Фиг, 16. Микроскоп МИМ-5.
Добрать удачное сочетание увеличения и светофильтра.
Принцип работы микроскопа: лучи света от лампы прохо¬
дят через набор оптических линз и через объектив падают
на образец; отразившись от поверхности образца и пре¬
ломившись другими линзами, свет через окуляр попадает
в глаз наблюдателя.
41

Микроскоп, как и всякий оптический прибор, требует
бережного и аккуратного обращения. Он должен быть
установлен в светлом, чистом, сухом и теплом помещении.
По окончании работы микроскоп необходимо накрыть чех¬
лом, а объектив и окуляр закрыть в специальный ящик.
Особое внимание следует обращать на состояние поверх¬
ности оптических деталей: объективов, окуляров, свето¬
фильтров. Если они запылились, то чистить их можно
только очень мягкой кисточкой, батистом или замшей,
промытыми в эфире. Ни в коем случае нельзя разбирать
оптические приборы. При необходимости это может сде¬
лать только опытный механик. Необходимо следить также
и за образцом, который устанавливается на столик. Обра¬
зец должен быть сухим и чистым.
ПОДГОТОВКА МИКРОШЛИФА
Для рассматривания микроструктуры необходимо под¬
готовить образец. Что это значит? Прежде всего необхо¬
димо выбрать участок детали, на котором решено изучить
микроструктуру. Обычно из этого участка вырезают обра¬
зец. Если же сама деталь небольшая, то непосредственно
на ней выбирается место для подготовки образца. Выбран¬
ный участок детали или образца обрабатывается до плос¬
кого состояния. Делается это на станках или с помощью
напильника. Затем площадку шлифуют на станке или
вручную с помощью шлифовальной шкурки. Для этого
шкурку укладывают на ровную плотную подставку. Удер¬
живая образец в руке, многократно перемещают его по
шкурке. Шкурки берутся разной зернистости, начиная
*е более крупной; затем постепенно переходят к более мел¬
кой. Зернистость шкурки определяет ее номер: чем мельче
зерно шкурки, тем больше ее номер.
Маркируются шкурки, например, так: КЗ 100, КЗ 180,
КЗ 220, КЗ 240, КЗ 280, КЗ 320. Из них самая крупная
КЗ 100, самая мелкая КЗ 320. Последняя шлифовка об¬
разца производится так называемой микронной шкуркой
марки М28. На каждой шкурке образец шлифуется до
тех пор, пока не исчезнут риски от предыдущей. При пе¬
реходе на последующую шкурку образец поворачивается
на 90° с тем, чтобы движение образца было перпендикуляр¬
но рискам от предыдущей шкурки. Так быстрее дости¬
гается хорошая чистота поверхности. Кроме того, в этом
42

случае легче установить, когда можно переходить к сле¬
дующей шкурке.
Шлифованную поверхность образца необходимо отпо¬
лировать. Обычно для полирования образцов применяют
специальные станки. На станке, получая движение от
эчектродвн гателя, вращается диск с натянутым на нем
фетром, бархатом или тонким сукном. На поверхность
этих материалов наносят какое-либо абразивное вещество:
пасту ГОИ. порошок окиси алюминия, окиси хрома или
другие Образец шлифованной поверхностью слегка при¬
жимается к диску и полируется. Разумеется, полироваль¬
ный станок должен быть изготовлен с соблюдением всех
правил безопасной работы. Работать на нем нужно осто¬
рожно, не допуская обрыва материала на столике и вылета
образца из рук. Образцы полируются до полного исчезно¬
вения рисок. При этом поверхность образца обычно ста¬
новится блестящей, в нее можно смотреться, как в зеркало.
Шлифованная и полированная поверхность образца
называется микрошлифом. Подготовленный микрошлиф
необходимо сразу же промыть в воде, просушить фильтро¬
вальной бумагой, осторожно прикладывая ее, так же как
это делается при промокании чернил. Теперь микрошлиф
готов для рассматривания.
КАК УВИДЕТЬ МИКРОСТРУКТУРУ
Итак, мы подготовили микрошлиф. Но на нем не вид¬
но никакой структуры! Как же ее увидеть? Вот тут-то
нам и пригодится микроскоп. Попытаемся взглянуть на
поверхность микрошлифа при увеличении в 100 раз. На
поверхности микрошлифа под микроскопом можно уви¬
деть различные включения, например шлаки, окислы,
а также поры, раковины. Это все так называемые дефекты
металла. Именно таким способом на производстве их и
определяют, когда хотят оценить качество металла. Эти де¬
фекты ослабляют металл, снижают его прочность. Чем
меньше дефектов наблюдается в металле, тем он прочнее,
качество его выше. Рассматривая под микроскопом микро-
Шлифы, попутно можно определить и качество подготов¬
ки микрошлифа. Если в микроскоп видны большие и
глубокие риски, значит, шлиф плохо подготовлен. Не¬
допустимы также и завалы кромок образца. Микрошлиф
Считается хорошо подготовленным, если поверхность его
43

рОЕная, блестящая и в микроскоп не видно никаких ри¬
сок, царапин или же их ничтожно мало.
Для того чтобы увидеть под микроскопом зерна метал¬
ла, необходимо микрошлиф протравить. Травятся микро¬
шлифы химическими реактивами. При этом различные
зерна структуры по-разному реагируют с реактивами. Одни
успевают глубже протравиться, другие часто совсем не
вступают в реакцию с реактивом. В результате вместо
гладкой, блестящей поверхности на травленном микро¬
шлифе получается как бы микроскопическая пересечен¬
ная местность. Если теперь на такой шлиф упадет пучок
света, то он отразится по-разному от различных зерен.
Это и обеспечивает видимость той структуры металла,
которую можно наблюдать в микроскоп. Для различных
металлов подбираются соответствующие реактивы и ре¬
жимы травления, т. е. время травления, температура
реактива и т. д. Приведем примеры реактивов для неко¬
торых металлов и сплавов:
для стали: 4%-ный раствор азотной кислоты в этило¬
вом спирте;
для меди и медных сплавов: 5%-ный раствор хлорного
железа FeCl3 в 10%-ном водном растворе соляной кислоты;
для алюминия и его сплавов: 1%-ный раствор едкого
натра NaOH в воде.
При составлении реактивов желательно брать химиче¬
ски чистые вещества и дистиллированную воду. Травятся
микрошлифы следующим образом. Наливается реактив
в фарфоровую чашку. Берется щипцами образец и микро¬
шлифом погружается в реактив на несколько секунд. Вре¬
мя выдержки в реактиве разное для различных металлов
и структур и изменяется от нескольких секунд до одной
минуты. Продолжительность травления зависит также от
концентрации реактива, качества шлифа, степени увели¬
чения микроскопа. Чем крепче раствор реактива, тем
короче выдержка. Для больших увеличений микроскопа
продолжительность травления должна быть короче. Во
время выдержки микрошлиф можно несколько раз выни¬
мать из реактива и снова погружать в него. По оконча¬
нии травления микрошлиф следует быстро промыть под
струей воды и просушить фильтровальной бумагой. Ре¬
комендуется после промывки шлиф смочить в этиловом
спирте, тогда он высохнет быстрее. При травлении можно
шлиф в реактив не погружать, а протирать его ватным
44

тампончиком, смоченным реактивом. Микрошлифы алю¬
миния и алюминиевых сплавов после травления рекомен¬
дуется промывать в горячей воде и просушивать сжатым
воздухом, не протирая и не прикасаясь к ним ничем.
Протравленный, промытый и просушенный микрошлиф
можно ставить ка столик микроскопа для рассматривания
структуры. Прежде всего нужно определить, хорошо ли
протравлен шлиф. Если выдержка в реактиве была вели¬
ка, то мы увидим в микроскоп темную поверхность метал¬
ла с разноцветными густыми оттенками — шлиф перетрав¬
лен. В этом случае шлиф рекомендуется заново отполиро¬
вать и протравить уже с меньшей выдержкой. Если шлиф
недотравлен, то в микроскоп мы увидим светлую поверх¬
ность металла с чуть заметными признаками структуры.
Тогда можно повторить травление.
Хорошая подготовка микрошлифа и правильное трав¬
ление обеспечивают хорошую видимость структуры. Чу¬
десные картины строения меди, латуни, закаленной стали
всегда радуют исследователя. Особенно приятно впервые
увидеть внутреннее строение металла самому, своими гла¬
зами. Тем более это приятно, когда и микрошлиф сам под¬
готовишь, и реактив разведешь, и микроскоп настроишь
удачно. Различные металлы и структуры рассматриваются
при разных увеличениях. Для лабораторных работ в шко¬
ле лучше применять увеличение в пределах от 100 до
500 раз.
Подготовку реактивов и травление образцов необходимо
выполнять с соблюдением безопасных правил работы. Все
работы с реактивами нужно вести в вытяжном шкафу.
При травлении шлифов рекомендуется на руки надевать
резиновые перчатки.
В школьном уголке термиста рекомендуется хранить
образцы разных металлов, сталей с подготовленными мик¬
рошлифами. Хорошо бы сгруппировать в одном месте
все, что относится к металлографическому способу изуче¬
ния металлов, и организовать металлографический уго¬
лок (фиг. 17). Располагаться он может в той же комнате,
что и уголок термиста, или в отдельной. Вот что можно
собрать в металлографическом уголке: микроскоп, кол¬
лекцию структур, вытяжной шкаф с реактивами, водопро¬
водный кран с раковиной, стол для шлифовки и полиров¬
ки образцов. На стене можно повесить интересные зари¬
совки или фотографии структур.
45

Упражнение 10. Зернистое строение меди
Выточите из прутка отожженной меди любой мар¬
ки образец диаметром 10 и длиной 30 мм. На одном
из торцов подготовьте микрошлиф и протравите его.
Рассматривая медь в микроскоп при увеличении
250 раз, можно увидеть красивую микроструктуру»
Фиг» 18. Микроструктура меди. Увеличение 250.
состоящую из разноцветных зерен (фиг. 18). Зерна
эти совершенно однородны. Цвет же их разный по¬
тому, что зерна неодинаково протравливаются и по¬
этому неодинаково отражают лучи света.
Упражнение 11. Макроструктура алюминия
Вырежьте из алюминиевого листа любой марки
(Al, А2 и другие) толщиной 1 мм образец — пла¬
стину размером 35 x 55 мм. В центре образца выда-
47

вите углубление стальным стержнем диаметром
8 мм со сферическим торцом. Один конец пластины
загните и разогните. Отожгите пластину при темпе¬
ратуре 450° с выдержкой минут 40 или более. Обез-
Фиг» 19s Макроструктура листового алюминия (увели¬
чено в 2 раза).
жирьте ее бензином и протравите в концентрирован¬
ной соляной кислоте в течение нескольких минут до
выявления структуры алюминия. Промойте пла¬
стину в воде и просушите. Изучите зерна алюминия.
Обратите внимание на разную величину зерен в ме¬
стах деформации (фиг. 19).

Упражнение 12. Зерна перегретой стали
Из проволоки стали 45 или У7 диаметром 4—6 мм
отрежьте образец длиной 100 мм. Нагрейте до тем¬
пературы 900—950°, выдержите при этой темпера¬
туре 15 мин. и охладите в воде. Сломайте образец
в тисках. Изучите в изломе зернистое строение пере¬
гретой стали.
л. П. Карпов

Свойства
металлов
Мы уже упоминали о некоторых свойствах металлов,
например об упругости и пластичности. Теперь более по¬
дробно познакомимся с различными свойствами металлов.
Все вещества обладают определенными свойствами.
По ним различают одни материалы от других, определяют
пригодность материалов для изготовления деталей. Свой¬
ства металлов можно разделить на четыре группы: физи¬
ческие, механические, технологические, химические. В за¬
висимости от условий работы, каждая деталь должна об¬
ладать определенными свойствами, короче говоря: каж¬
дой детали — свои свойства.
Изменяются свойства по разным причинам, например при
изменении химического состава, при деформировании ме¬
талла или при термообработке. Как и какие свойства из¬
меняются, будет показано при рассмотрении этих свойств.
Сначала познакомимся с деформацией.
Деформацией тела называется изменение его формы
под действием сил. В технике встречаются полезные де¬
формации и вредные. Например, при прокатке металла
деформация полезна, она необходима, чтобы из большей
заготовки прокатать тонкий лист. Если же деталь погну¬
лась в работе — это вредная деформация. Вредной дефор¬
мацией является и та, которая получается при термообра¬
ботке. Правда, здесь действуют не внешние силы, а внут¬
ренние, в зникающие в самом металле.
Д формированные металлы часто называют нагарто-
ванными. Нагартованные металлы можно отжечь. Раз¬
ница между нагартованными и отожженными металлами
очень большая. Нагартованный металл тверд и упруг,
отожженный же мягок и пластичен. Часто местную или
поверхностную деформацию металла в холодном состоя¬
50

нии называют наклепом. Наклеп упрочняет металл, повы¬
шает его твердость, однако при этом снижается пластич¬
ность металла, появляется хрупкость, возникают внутрен¬
ние напряжения.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
К физическим свойствам металлов относятся: цвет,
удельный вес, электропроводность, теплопроводность, тем¬
пературы плавления и кипения, теплота плавления, теп¬
лоемкость, магнитные свойства, расширяемость при на¬
гревании и другие. Со всеми этими свойствами учащиеся
ознакомились при изучении курса физики. Поэтому мы
рассмотрим только примеры того, как и отчего могут из¬
меняться физические свойства.
Физические свойства зависят прежде всего от химиче¬
ского состава металла. Например, удельный вес железа
равен 7,86 Г1смг, а стали марки У10 7,81 Г1смг. Химический
состав влияет и на температуру плавления. Возьмем при¬
пой марки ПОС-40. Это сплав, состоящий из 40% олова
и 60% свинца. Начинает плавиться он при температуре
183°, а ведь его составляющие плавятся при другой тем¬
пературе: олово — при 232°, а свинец — при 3278.
Физические свойства могут изменяться и при дефор¬
мировании металла. Так, чем больше наклепывать мед¬
ный провод, тем больше будет его электросопротивление.
Различные виды термообработки существенно изменяют
физические свойства металла. Например, удельный вес
закаленной стали меньше, чем удельный вес отожженной.
Высокое электросопротивление наклепанного медного про¬
вода можно уменьшить отжигом. Изменяются при термо¬
обработке и магнитные свойства. Известно, что при нагре¬
вании выше температуры 768° магнитные свойства железа
и стали теряются. Температура нагрева, при которой те¬
ряются магнитные свойства, называется точкой Кюри.
При охлаждении же ниже этой температуры магнитные
свойства вновь появляются.
Упражнение 13. Виноват ли магнит?
Укрепите на штативе постоянный магнит любой
формы, например подковообразный. Под ним на ос¬
нование штатива положите стальной гвоздик или
кусочек стального провода диаметром не менее 4 мм.
4*
S1

Расстояние между гвоздиком	и магнитом должно
быть таким, чтобы выпущенный из рук гвоздик при¬
тягивался к магниту. Теперь нагрейте гвоздик до
температуры выше 900° и быстро положите под маг¬
нит. По цвету каления гвоздика проследите, какова
была его температура, когда он притянулся к маг¬
ниту.
Упражнение 14. Горячая запрессовка
Известно, что металлы	при нагревании расши¬
ряются, при охлаждении — сжимаются. Это свой¬
ство металлов часто используется при горячей запрес¬
совке деталей. Выточите из стали 45 оправку и кольцо
(фиг. 20). Попытай¬
ся vs Остапьнае тесь посадить коль¬
цо на оправку при
легком или даже зна¬
чительном усилии.
Это вам не удастся.
V.5xu5° П	Нагрейте кольцо до
температуры 500° и,
не теряя времени,
посадите его на оправ-
чилось легко. После
остывания кольца и
оправки попытайтесь
разъединить их. Как
вы сможете убедиться,
это не так просто или
даже совсем невоз¬
можно.
0zo;c°
0.DZ5
1030
to
0.5 хЬ5У
«
\ V
ч\
1
1
«О
-040
Фиг,- 20. Детали для горячей за¬
прессовки.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Очень часто необходимо знать механические свойства
металлов. Даже если основное назначение детали опреде¬
ляется, например, физическими свойствами, как у маг¬
нита, все равно механические свойства должны быть до¬
статочными. В самом деле, нельзя же изготовлять такой
магнит, который бы разваливался от легкого удара.
Важнейшие механические свойства металлов следую¬
щие: прочность, упругость, пластичность, вязкость, твер¬
52

дость. Металлов с одинаковыми механическими свойствами
нет. Одни прочные, другие пластичные. Есть и такие, все
свойства которых имеют высокие значения. На конкрет¬
ных примерах рассмотрим, как влияет термообработка
на механические свойства.
ПРОЧНОСТЬ
Прочностью называется свойство металлов сохранять
свою форму, не разрушаясь, под действием приложенных
сил. В быту и на производстве — всюду мы встречаемся
с прочностью материалов. Например, снег и лед. Легко
раздавить кусок снега, но нелегко раздавить кусок льда.
Лед прочнее снега. Строительный кирпич прочнее дерева,
железобетон прочнее кирпича, а сталь прочнее железобе¬
тона. Часто, определяя прочность нитки, мы пытаемся по¬
рвать ее, растягивая. Чем прочнее нить, тем большее уси¬
лие нужно приложить, чтобы порвать ее.
 А 	■
 В
Ф иг* 21* Разрывной образец. Л и Б — расчетная длина до и после ис¬
пытания образца.
А как определяется прочность металлов? Существует
несколько способов. Детали или образцы, вырезанные из
исследуемого металла, либо растягиваются до разрыва,
либо сжимаются, либо изгибаются, либо скручиваются
до разрушения. Выбирается такое испытание, которое
напоминает действие усилий при работе детали.
Чаще металл испытывается на растяжение, или, как
говорят, на разрыв. Разрывные образцы обычно изгото¬
вляются по форме и размерам, показанным на фиг. 21.
Растягивается такой образец с помощью разрывной ма¬
шины. Чем прочнее металл, тем большее усилие должна
развивать машина для разрыва. Это усилие записывается
или показывается стрелкой; измеряется оно в килограм¬
53

мах — кГ. Для разных металлов требуются разные уси¬
лия для разрыва образцов, хотя размеры их могут быть
одинаковыми. Прочность металлов характеризуется вели¬
чиной ае (сигма вэ), которая называется пределом проч¬
ности.
Определяется св делением усилия, приложенного к об¬
разцу для разрыва, на площадь поперечного сечения об¬
разца, т. е.
Усилие	„
с0=	кГ/мм2.
Площадь
Соответственно ав измеряется в кГ/лш2.
Предел прочности — это наибольшее напряжение, которое
может выдержать металл перед разрушением. По величине
предела прочности сравниваются материалы и иногда ведут¬
ся расчеты на прочность.
Для сравнения приведем прочность некоторых мате¬
риалов (ов в кГ/мм2):
Сталь 45 закаленная . 80	Железо техническое . 25
Сталь 45 отожженная 50	Дерево—береза . ... 12
Предел прочности всегда должен быть больше факти¬
чески действующих напряжений. Это делается для того,
чтобы обеспечить запас прочности детали во избежание ее
поломки.
Фактическое напряжение легко определить, если из¬
вестно усилие, действующее на деталь, и сечение детали.
Например, тяга растягивается усилием в 1000 кГ. Пло¬
щадь сечения тяги 20 мм2. Значит, тяга испытывает напря-
1000
жение, равное -^-=50 кГ/мм2. Из какого же материала
можно изготовить эту тягу? Из березы, конечно, нельзя,
хотя она и очень прочное дерево. Нельзя и из железа. Из
стали 45 отожженной тоже нельзя: запаса прочности не
будет. Тягу можно изготовить только из стали 45 закален-
80
ной. В этом случае запас прочности равен ^ = 1,6. Реко¬
мендуемый же запас прочности не менее 1,3.
Таким образом, чтобы обеспечить прочность детали,
необходимо правильно рассчитать размеры ее сечения.
Чем больше сечение, тем более надежно будет работать
деталь. Но это приводит к увеличению веса машин, что очень
нежелательно, так как неэкономично. Гораздо разумнее
54

применять металлы с высоким пределом прочности. Они
могут выдерживать те же усилия при меньшем сечении.
В настоящее время на производстве так и поступают.
В нашем примере тягу можно изготовить из легированной
закаленной стали с пределом прочности, равным 160 кГ/мм2.
Тогда сечение тяги можно будет взять не 20 мм2, а всего
лишь 10 мм2. Запас прочности сохранится тот же, а вес
детали уменьшится в два раза. В настоящее время имеются
стали с пределом прочности до 260 кПмм2, например
проволока марки ОВС (особо высокого сопротивления)
и другие.
Ученые стремятся получить металлы с еще большей
прочностью. Оказалось, что для этого не обязательно по¬
лучать сложные сплавы. Наоборот, простые металлы с нич¬
тожно малым количеством примесей могут быть очень проч¬
ными, если в строении их кристаллических ячеек мало
дефектов. Например, теоретически и уже эксперименталь¬
но доказано, что очень чистое железо может иметь предел
прочности, равный 1340 кГ1мм2. Очень прочную сталь мож¬
но получить методом так назьюаемой термомеханической
обработки. При этом сталь не только закаливается, но и
предварительно деформируется. Такая сталь имеет пре¬
дел прочности до 360 кГ/мм2.
Испытания на прочность проводятся не только при
обычных условиях, т. е. при комнатной температуре и нор¬
мальном давлении. Ведь современные машины и аппараты
работают в самых различных условиях. Так, скоростной
самолет за несколько часов может перелететь из сибирского
города с сорокаградусным морозом в южные края с жар¬
ким климатом. При этом все детали самолета не должны
терять своей прочности. Металлический корпус ракеты
при полете разогревается до температуры в несколько сот
градусов. Все это нужно заранее предусмотреть при про¬
ектировании и испытать металлы при соответствующих
температурах. Испытывают металл при температуре ниже
нуля, при высоком давлении и в других условиях.
Упражнение 15. Прочность на сжатие
Из отожженного прутка стали марки 45 диамет¬
ром 6 мм выточите два образца длиной 15 мм. Один
образец установите в тиски и сдавите его по длине
насколько возможно. Другой образец закалите (на¬
грев до температуры 830Q и охлаждение в воде). За¬
55

каленный образец попытайтесь так же сдавливать
в тисках. Сравните прочность отожженной и зака¬
ленной стали.
УПРУГОСТЬ
Упругостью металлов называется их свойство восста¬
навливать свою форму после прекращения действия сил.
Упругие свойства материала всем хорошо известны. Уп¬
ругостью обладают обыкновенные лыжи и лыжные палки,
гимнастический трамплин и трамплин вышки для прыж¬
ков в воду. Во всех металлических пружинах исполь¬
зуются упругие свойства металлов.
Упругими считаются тела, испытывающие упругие
деформации. Деформация называется упругой в том слу¬
чае, если она исчезает после прекращения действия сил.
Мы уже познакомились с большой упругостью булатных
клинков. Испытывая клинки, их изгибали, подвергая упру¬
гой деформации.
Упругостью должны обладать не только пружинящие
детали. Часто упругость как будто и не проявляется, но
лишенная упругости деталь не смогла бы нормально
работать. Например, железнодорожный рельс прогибается
под тяжестью колес проходящего поезда. Но от этого он
кривым не становится, потому что рельс испытывает упру¬
гую деформацию. Прикладьюая значительные усилия,
можно рельс изогнуть так, что он останется кривым. Де¬
формация, которая сохраняется телом, называется оста¬
точной.
Проектируя деталь, учитывают величину нагрузки, упру¬
гость материала и затем так же, как при расчете на
прочность, определяют сечение детали. Только в этом
случае нагрузка берется не максимальная, а та, при ко¬
торой появляются остаточные деформации. Упругость ма¬
териала характеризуют величиной аг (сигма тэ), которая
называется пределом текучести и измеряется также в кГ/мм2.
Определяется предел текучести при растяжении тех же
образцов, на которых определяется и прочность. Предел
текучести металла всегда меньше предела прочности. Напри¬
мер, для отожженной стали 45 ае равен 50 кГ/мм2, а ст
равен 34 кПмм2.
Детали чаще рассчитывают по пределу текучести, по¬
тому что деталь не только не должна разрушаться в ра¬
боте, но и не должна давать остаточной деформации.

Расчетом подбирают такое сечение, чтобы величина факти¬
ческих напряжений в детали была меньше предела теку¬
чести.
Упражнение 16. Термообработка и упругие
свойства
Вырежьте из отожженного листа стали 65Г тол¬
щиной 0,3—0,8 мм образец размером 10X40 мм.
Зажмите один конец образца в тиски. Проверьте пру¬
жинящие свойства образца. Образец легко изги¬
бается и остается изогнутым от небольшого усилия.
Теперь выпрямите образец или возьмите другой, но
прямой и закалите его по режиму: температура на¬
грева 800°, выдержка до прогрева, охлаждение в мас¬
ле; отпуск при температуре 360° в течение 30 мин.
Термообработанный образец снова проверьте на уп¬
ругость. Он пружинит. Можно отжечь образец и снова
испытать: он снова не станет пружинить.
ПЛАСТИЧНОСТЬ
Свойство металлов изменять, не разрушаясь, свою фор¬
му под действием сил называется пластичностью. Одни
металлы и сплавы обладают высокой пластичностью, их
можно гнуть, ковать, штамповать, вытягивать. К таким
металлам относится железо, алюминий, латунь, мягкие
стали. Другие не обладают почти никакой пластичностью,
например серый чугун. Используя пластичность, люди
научились быстро и дешево изготовлять многие детали.
Такие детали есть и вокруг нас.
Крышки ручных часов и будильника, кухонная посуда,
кузов легкового автомобиля — все изготовлено из высо¬
копластичных металлов. Различные трубы, все заклепки,
разнообразные детали сельскохозяйственных машин и
многие другие изготовляются с использованием прекрасного
свойства металлов — их пластичности.
Для оценки степени пластичности применяется вели¬
чина 8 (дельта); выражается она в процентах и назьюается
относительным удлинением. Определяется относительное
Удлинение при испытании все тех же разрывных образ¬
цов, на которых определяется прочность. При растяже¬
нии образец не сразу рвется, а сначала вытягивается
(фиг. 21). Чем выше пластичность металла, тем больше
67

вытягивается образец до разрыва. Подсчитав величину
удлинения образца, поделив ее на первоначальную длину
и выразив частное в процентах, получают значение отно¬
сительного удлинения. Величина относительного удли¬
нения для некоторых металлов (3 в %):
Железо	.50 Сталь 45 отожженная 20
Латунь Л62 ... . . 49 Чугун серый	0,25
Зная величины относительного удлинения различных
металлов, можно решать, из какого материала изготовлять
деталь. Почему, например, строительные гвозди изготов¬
ляются из низкоуглеродистой стальной проволоки, а не
из стали, скажем, марки У7? Потому что пластичность
низкоуглеродистой стали высокая — не менее 30%, что
гораздо выше, чем у стали У7. Это как раз и необходимо
для изготовления гвоздей и их использования. При изго¬
товлении осаживается головка гвоздя, а при использова¬
нии гвозди часто загибаются. В том и другом случае очень
нужна пластичность металла.
Пластичность металлов мы ощущаем всегда, когда
пытаемся отделить от мотка кусочек проволоки. Чем выше
пластичность металла, тем больше приходится сделать
перегибов, чтобы оторвать проволоку. При перегибах
происходит наклеп металла, и пластичность его резко
уменьшается.
С повышением температуры растет пластичность ме¬
таллов, поэтому большинство металлов куют и часто
штампуют в горячем состоянии. Недаром в народе гово¬
рят: «Куй железо, пока горячо».
Упражнение 17. Нагрев повышает пластичность
Стальной пруток диаметром 3—8 мм попытайтесь
загнуть, а потом попробуйте расплющить его ко¬
нец. То же самое проделайте, предварительно нагрев
пруток до температуры около 1000°. Сравните спо¬
собность металла к деформации в холодном и горя¬
чем состоянии.
Упражнение 18. Наклеп понижает пластичность,
отжиг повышает ее
Возьмите отожженный медный пруток диаметром
4—8 мм и попробуйте его изогнуть. Это нетрудно.
Выпрямите пруток, прокуйте его в полосу, не нагре¬
58

вая, и снова попробуйте изгибать. Теперь он изги¬
бается с трудом, даже пружинит. Отожгите полосу
при температуре 700° с выдержкой 40 мин. Снова
попробуйте изгибать. Отожженная медь стала пла¬
стичной и легко деформируется.
вязкость
Рассмотренные свойства: прочность, упругость, пластич¬
ность — дают нам представление о металле при плавном
приложении нагрузки. А что будет с деталью, если на нее
будет действовать ударная нагрузка? Многие крепежные
детали, например болты, шпильки, винты, а также оси,
валы, в работе испытывают удары. Время действия нагруз¬
ки бывает очень коротким, иногда на деталь мгновенно
обрушивается огромное усилие. Как предусмотреть эти
удары и как заранее обеспечить детали хорошую проч¬
ность на удар? Для этого не обязательно ломать каждую
Деталь, определяя ее прочность. Ломают обычно образец,
изготовленный из того же металла, что и деталь.
Форма так называемого ударного образца отлична
от формы разрывного. Обычно сечение его квадратное
10x10 мм, длина 55 мм (фиг. 22).
59

Испытывается ударный образец на машине, называе¬
мой копром (фиг. 22). Удар по образцу осуществляется
маятником, вес которого известен. Падая с определенной
высоты, маятник на своем пути разрушает образец, со¬
вершая какую-то работу. Чем больше работы затрачено
маятником на разрушение образца, тем на меньшую вы¬
соту он поднимается после разрушения образца. По вы¬
соте подъема маятника и определяется работа, необходи¬
мая для мгновенного разрушения различных металлов.
Зная работу в килограммометрах, затраченную маятни¬
ком на разрушение образца, делят ее на площадь попе¬
речного сечения образца в квадратных сантиметрах и по¬
лучают величину ударной вязкости. Обозначается она ан,
измеряется в кГм/см2. По величине ап оценивают вязкость
металлов.
Сравнительные величины ударной вязкости некоторых
металлов (ан в кГм/см*):
Железо	 30
Сталь 45 отожженная .		.5
Серый чугун	  .0,5
Как видно, для разрушения серого чугуна требуется
совсем небольшое усилие. Это известно каждому: чугун¬
ные изделия легко ломаются при падении на пол, при,лег¬
ких ударах.
Способность металлов выдерживать, не разрушаясь,
ударные нагрузки называется вязкостью. Металл, кото¬
рый может выдерживать сильные удары, называется вяз¬
ким. Наоборот, металлы, которые разрушаются при не¬
значительных ударах, называются хрупкими. Большой
вязкостью обладают простые металлы: железо, медь, алю¬
миний, никель и другие. Стальные	закаленные,	но	неот-
пущенные	детали очень хрупки.	Детали,	даже	отпущен¬
ные, но имеющие высокую твердость, тоже хрупки. Не¬
обходимо оберегать от ударов режущий инструмент: фрезу,
метчик, резец и т. д.
С помощью термообработки можно придавать деталям
различную вязкость. При неправильной закалке деталь
может быть хрупкой, что недопустимо и опасно. Так, удар¬
ная часть зубила должна быть термообработана на невы¬
сокую твердость, иначе при ударе молотком возможно
выкрашивание металла зубила.
60

Упражнение 19. Хрупкость опасна
Из листовой отожженной стали 65Г толщиной
0,4—0,8 мм изготовьте две пластины размером 20 X
ХЗО мм. Зажмите одну пластину в тиски и слегка
ударьте молотком по выступающей части. Пластина
не ломается, она может только согнуться. Выпря¬
мите первую пластину, обе вместе закалите (нагрев
800°, выдержка до прогрева, охлаждение в масле).
Так же, как и в случае до закалки, испытайте одну
пластину на удар. Молотком ударяйте от себя, в сто¬
рону, где нет людей. Закаленная пластина от удара
легко ломается, она хрупка. Вторую пластину отпу¬
стите при температуре 360° и испытайте на удар. Эта
пластина стала более вязкой и при таком же ударе
может не сломаться.
ОСОБО О ТВЕРДОСТИ
Твердость — это свойство металла сопротивляться
внедрению в него другого, более твердого тела. Твердость,
пожалуй, самое знакомое нам свойство металлов. Мы
привыкли разделять не только металлы, но и другие материа¬
лы на твердые и мягкие. Строгая ножом березовую ветку,
мы говорим: «О, какая твердая!». Гораздо мягче сосновое
дерево. Пробираясь по болоту, мы ступаем на «мягкие»
кочки, выйдя на поле, шагаем по «твердой» тропинке.
В прежние времена, чтобы определить полноценность мо¬
неты, торговец брал ее и пробовал на зуб. Поддельные
монеты часто оказывались мягкими. Разумеется, в наше
время металл на зуб не пробуют. Однако оценка металлов
по твердости во многих случаях сохранилась.
Распространенным методом определения твердости яв¬
ляется метод царапания. У путешественников или гео¬
логов имеется набор минералов с известной твердостью.
Чтобы определить твердость найденного минерала, его
царапают минералами с известной твердостью. Те, что
тверже найденного, оставляют на нем царапину.
Пока что самым твердым естественньм веществом
остается алмаз. Алмаз широко применяется в технике.
Из него изготовляют не только стеклорезы, но и приспо¬
собления для правки шлифовальных кругов, резцы, ко¬
ронки буровых машин. Разумеется, алмазной является
61

только сама рабочая часть этих инструментов. На прак¬
тике при определении твердости закаленных деталей иног¬
да используется принцип царапания тарированными на¬
пильниками, т. е. напильниками, имеющими известную
твердость. Напильник с твердостью большей, чем у испы¬
туемой детали, оставляет на ней царапины, запиливает ее.
Напильник с меньшей твердостью скользит по поверх¬
ности детали. Это самый удобный и быстрый способ опре¬
деления твердости стальных закаленных деталей. В со¬
временной технике необходимо точно определять твердость
и выражать ее числами. Для этого широко применяются
твердомеры. Существуют разные конструкции твердоме¬
ров. Принцип работы большинства из них основан на
внедрении в испытуемый металл твердого инструмента.
В одних приборах таким инструментом является алмаз¬
ный конус (метод Роквелла), в других — стальной шарик
(метод Бринелля) и т. д.
ТВЕРДОМЕР ТК
Твердомеры ТК, выпускаемые краснодарским заво¬
дом «Краснолит» и другими заводами, или подобные им
твердомеры РВ служат для массового испытания твер¬
дости деталей. Твердомеры ТК и РВ называются также
приборами Роквелла.
Рабочий инструмент этих твердомеров — алмазный
конус. Он внедряется под действием груза в поверхность
испытуемой детали. Чем мягче металл детали, тем глубже
внедряется алмаз, тем меньше число твердости. Твердость
выражается в условных единицах HRC (аш эр це). Если
на таком приборе измерить твердость закаленного быстро¬
режущего резца, то она окажется равной HRC=60 -f- 65.
Твердость шестерни равна обычно HRC=40 ч-45. Чем
тверже металл, тем число HRC выше. Букву Н часто не
пишут, пишут просто RC. Схема твердомера ТК пока¬
зана на фиг. 23.
Испытуемая деталь укладывается на столик и враще¬
нием винта за маховик подводится до упора с алмазом,
после чего производится испытание. Значение твердости
показывает стрелка прибора, останавливающаяся про¬
тив какого-либо деления шкалы. Прибор рассчитан на
три интервала твердости, поэтому у него три варианта
грузов. Для определения твердости сталей пользуются
62

алмазным конусом, нагрузкой 150 кГ и шкалой С. Для
определения твердости цветных металлов пользуются
стальным шариком диаметром 1/1в дюйма, нагрузкой 100 кГ
и шкалой В.
Для измерения твердости деталь нужно надлежащим
образом подготовить. Опорная и испытуемая поверхности
должны быть перпендикулярны к оси алмаза. Чистота
обработки должна быть хорошей, но не ниже V 6, а на
опорной поверхности не ниже V 5. Такая поверхность
получается, например, при зачистке деталей шкуркой
Фиг® 23® Схема испытания твердости прибором ТК:
/—испытуемая деталь; 2—алмазный конус; 3—опорная призма;
4—индикатор; 5—рычаг; €—груз.
номера 280 или более мелкой. С обзих поверхностей
детали необходимо удалить загрязнения, смазку, окалину.
Для этого деталь обычно шлифуют или зачищают шкур¬
кой.
На приборах ТК и РВ возможно испытывать детали,
имеющие твердость в пределах от 20 до 70 HRC. Можно
на приборах определять твердость деталей, имеющих кри¬
волинейные поверхности, например цилиндрические, но
Для этого нужен другой опорный столик-призма. Необхо¬
димо выполнять также и другие требования, описанные
в инструкции на прибор. Необходимо строго следить за
качеством алмаза. Испорченный алмаз будет давать невер¬
ные показания. Алмаз нужно оберегать от ударов.
63
i

ТВЕРДОМЕР ТШ
Если твердость деталей небольшая, то обычно приме¬
няются твердомеры ТШ или ПБМ, которые называются
также приборами Бринелля. Твердомер ТШ показан на
фиг. 24. Для измерения твердости деталь укладывается
Фиг. 24, Твердомер ТШ*
на столик и винтом поджимается до упора с шариком.
Затем включается прибор, и шарик под действием уси¬
лия, передаваемого рычагами от грузов, начинает вдавли¬
ваться в поверхность детали, образуя на ней отпечаток
в виде круглой лунки. Чем больше твердость детали, тем
на меньшую глубину может вдавиться шарик, а значит,
и диаметр лунки получится меньше. По диаметру отпе-1
64

чатка часто и задается твердость. Например, стальная
оправка должна быть термообработана на твердость 3,3—
3,7	мм. Это значит, что отпечаток шарика на этой оправ¬
ке должен быть в пределах от 3,3 до 3,7 мм. Если отпеча¬
ток будет больше 3,7 мм — деталь мягкая, если меньше
3,3 мм — деталь твердая. Определяется диаметр отпе¬
чатка с помощью специального отсчетного микрос юпа
типа МПБ-2. Микроскоп имеет шкалу с делениями, рав¬
ными 0,1 мм. По этой шкале и измеряется диаметр отпе¬
чатка в миллиметрах с точностью до 0,05 мм. Для изме¬
рения диаметра отпечатка можно также использовать
любой измерительный инструмент, обеспечивающий доста¬
точную точность.
Твердость чаще задается не в миллиметрах диаметра
отпечатка, а величиной НВ (аш бэ), измеряемой в кГ/мм2
(килограмм-сила на квадратный миллиметр). Что это
за величина? Она определяет твердость детали как силу Р,
приходящуюся на квадратный миллиметр площади S от¬
печатка шарика,
кГ/мм2.
Отпечаток представляет собой шаровой сегмент. Пло¬
щадь шарового сегмента равна:
S=~(D — V D2 — d2),
где D — диаметр шарика в мм;
d—-диаметр отпечатка в мм.
Для того чтобы каждый раз не вычислять площадь
по этой формуле, для удобства работы составлена перевод¬
ная таблица, где величина НВ определяется по значению
Диаметра отпечатка (табл. 1).
В нашем примере твердость стальной оправки можно
обозначать не 3,3—3,7 мм, а ЯВ=341 -У 269. Размерность
кГ!мм2 часто не пишется.
Присмотримся к табл. 1. Что это за нагрузки указаны
во второй и третьей колонках? Дело в том, что твердо¬
меры ТШ и ПБМ имеют комплект грузов, позволяющих
создавать определенную нагрузку на шарик. Для раз¬
личных материалов, для разной толщины деталей нагрузка
разная. Для стальных деталей нагрузка чаще принимается
равной 3000 кГ. Чтобы создать такую нагрузку, все имею-
® Л. П. Карпов
65

Таблица 1
Соотгошение между числами твердости, выраженной в мм и кГ/мм*
Диаметр отпечат¬
ка в мм
Твердость Н 9, кГ/мм*,
стальных геталей.
Нагрузка ЗОии кГ,
шарик 1U мм
Твердость НВ, кГ[мм%,
цветных металлов.
Нагрузка IU0U кГ,
шарик 1 0 ми
3,0
415
138
3,1
388
129
3.2
363
121
3,3
341
114
3,4
321
107
3,5
302
101
3.6
285
95
3,7
269
89,7
3,8
255
84.9
3,9
241
80,4
4,0
229
76,3
4,1
217
72,4
4,2
207
68,8
4,3
197
65,5
4,4
187
62,4
4,5
179
59,5
4,6
170
56,8
4,7
163
54,3
4.8
156
51,9
4.9
149
49,6
5,0
143
47,5
5,5
116
38,6
6,6
95,5
31,8
щиеся грузы подвешиваются на рычаг прибора. Для деталей
из цветных металлов нагрузка принимается равной 1000 кГ,
в этом случае для перевода чисел твердости нужно поль¬
зоваться не второй колонкой табл. 1, а третьей. Например,
если диаметр отпечатка на отливке из сплава AJ19 равен 3,3—
3,7	мм, то твердость его равна ЯД=114 I- 89,7 кГ/мм2.
Твердомер ПБМ конструктивно отличается от описан¬
ного прибора ТШ. Однако прибор ТШ удобней, работать
на нем проще.
Для измерения твердости на этих приборах детали не¬
обходимо подгот влять так же, как в случае испытания
на приборе ТК- Для сравнения чисел твердости, измерен¬
ной на приборах ТШ и ТК, т. е. значений НВ и HRC, су¬
ществуют специальные таблицы вроде нагшй табл. 2. Опреде¬
лим, например, какую твердость по Роквеллу имеет наша
оправка, если ее твердость по Бринеллю равна 341—269.
66

Согласно табл. 2, твердость нашей оправки должна быть
HRC 37 ; 23. Наоборот, если бы у нас был только твердо¬
мер ТК и твердость оправки была бы НRC =37 ; 28, то,
пользуясь табл. 2, мы смогли бы сказать: а на приборе ТШ
эта оправка показала бы твердость НВ=341 ; 269. Правда,
эти переводные таблицы дают некоторую погрешность, но
для ориентировочных вычислений они вполне пригодны.
Таблица 2
Соотношение между числами твердости
Твердость НВ
415
388
363
341
321
302
285
269
255
241
229
Твердость HR С .
44
42
39
37
35
33
30
28
25
22
20
Существуют и другие способы измерения твердости. Есть
приборы для измерения твердости очень мелких деталей.
Для измерения твердости массивных деталей существуют
переносные твердом,.ры.
Измерение твердости — это самый удобный и доступный
способ определения механических свойств. При испытании
твердости деталь не разрушается. Поэтому на производстве
часто определяют твердость каждой детали, особенно если
они проходят термообработку.
Зная твердость, ориентировочно можно судить и о проч¬
ности детали. Для этого используется такое соотношение:
=0,33 НВ для закаленных сталей и ае =0,36 ИВ для ото¬
жженных сталей. Например, если наша стальная оправка
имеет твердость ИВ=341 кГ/мм2, то, согласно первой формуле,
пр.дел прочности ее равен ав=112,5 /сГ/'лш2. Зная же предел
прочности, можно как-то судить и об упругости. Пластич-
н сть же тем мее ьиг, чем выше твердость детали.
Таким образом, знание твердости дает нам многое. Не
отражает твердость только вязкости деталей. Детали с од¬
ной и той же твердостью могут быть: одни — хрупкими,
другие — вязкими. Однако одна и та же деталь всегда
достаточно вязка, если твердость ее мала. Например,
отожженная сталь вязкая и ее твердость не выше 269 ИВ.
Наоборот, закаленная сталь, имеющая высокую твер¬
дость — до 60 HRC, не может быть очень вязкой, она хруп¬
кая.
5*
67

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
К технологическим свойствам относятся способность
металлов свариваться, закаливаться, прокаливаться, ко¬
ваться, штамповаться, легко плавиться и заполнять ли¬
тейные формы, обрабатываться на станках и приобретать
хорошую чистоту поверхности. Во всех этих случаях
проявляются какие-либо рассмотренные нами физические
или механические свойства. Например, известно, что ме¬
талл с высокой твердостью труднее обрабатывать резцам,
чем тот же металл отожженный. Отполировать до зеркаль¬
ного блеска легче деталь, закаленную на высокую твер¬
дость, чем такую же деталь после отжига.
Рассмотрим отдельно только два технологических свой¬
ства: закаливаемость и прокаливаемость.
ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ
Закаливаемостью называется способность стали повы¬
шать свою твердость при закалке. Известно, что железо
не закаливается, не повышает своей твердости при закал¬
ке. Да и не всякая сталь на это способна. При закалке за¬
метно повышает свою твердость только сталь с содержа¬
нием углерода не менее 0,35%. Сталь марки 10 или даже 20,
сталь марки Ст. 3 практически не закаливаются. А вот
стали марки 35 или 45 уже хорошо закаливаются. Тем
более сильно закаливаются стали У7, 65Г. Но не все стали
закаливаются на одинаковую твердость. Одни дают макси¬
мальную твердость HRC 65, например У10, другие только
HRC 50 и т. д.
Упражнение 20. Закалится ли?
Изготовьте два одинаковых образца размерами:
сечение 10 X10 мм, длина 50 мм. Один образец из ста¬
ли 20 или Ст. 3, другой из стали У10. Оба образца
закалите и определите их твердость на твердомерах
и напильниками. Для закалки образец из стали 20
или Ст. 3 нагрейте до температуры 900°, образец
У10 — до 770° и охладите оба образца в воде.
ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ
Прокаливаемость — это способность стали закали¬
ваться на определенную глубину. Спроектировал, напри¬
мер, конструктор стальную ось 50 мм в диаметре. Выбрал
68

материал — легированную сталь и задал твердость для
нее ИВ—269 — 341. Все это конструктор рассчитал, ис¬
ходя из той нагрузки, которую будет испытывать ось в ра¬
боте.
Предполагается, что по всему сечению оси твердость
будет равна 269 — 341 ИВ. Если же внутри оси твердость
окажется меньше, то ось при работе может изогнуться
или даже сломаться. Поэтому при конструировании, если
это необходимо, нужно выбирать такую сталь, которая
прокаливается насквозь. Не все стали прокаливаются на
одинаковую глубину. Углеродистые стали могут дать та¬
кую твердость только на поверхности. Сердцевина будет,
как говорят, сырая. А вот легированные стали прокалятся
насквозь, и по всему сечению твердость будет в заданных
пределах.
Упражнение 21. Прокалится ли?
Изготовьте два одинаковых образца диаметром
30 мм и длиной 75 мм. Один из стали 45, другой из
стали 20ХНЗА. Оба образца закалите и отпустите
при температуре 400°. Режим закалки: нагрев до тем¬
пературы 830°, охлаждение стали 45 в воде, стали
20ХНЗА — в масле. На торцах термообработанных
образцов определите твердость. Сравните твердость
в центре торца и около цилиндрической поверхности.
Затем разрежьте оба образца попопам перпендику¬
лярно продольной оси. Сравните твердость у стали 45
и 20ХНЗА на свежезачищенных торцах.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Ответственной и почетной задачей металловедов являет¬
ся создание новых сплавов с высокими химическими свой¬
ствами. Какие же химические свойства металлов имеются
в виду? Прежде всего коррозионная стойкость и жаро¬
стойкость. Коррозионная стойкость — это способность
металла сопротивляться окислению от воздействия кисло¬
рода воздуха, воды и других сред. Жаростойкость — это
способность металла сопротивляться окислению при по-
выш. иных температурах.
Известным врагом металлов является коррозия. Она
«пожирает» все, что не защищено от ее крепких зубов. Ме¬
таллы красят, покрывают в гальванических цехах, сма-
69

вывают — все для того, чтобы защитить от коррозии. Од¬
нако лучшим средством борьбы с коррозией является
придание самому металлу нержавеющих свойств. Такие
стали или сплавы уже есть, они так и называются — нержа¬
веющие. Из них изготовлены многие детали машин, ме¬
дицинский инструмент, даже столовые вилки, ножи и
ложки. Хорошо сопротивляются коррозии благородные
металлы, алюминий, цинк, титан и другие.
Выбирая металл для изготовления той или иной маши¬
ны, нужно всегда помнить о его коррозионной стойкости.
Можно построить красивую и прочную машину, но не обес¬
печить высоких химических свойств деталям машины.
Через некоторое вр^мя эта машина может потерять свой
блеск и свою былую прочность.
Химическая стойкость металлов зависит не только от
химического состава металла, но и от его структуры.
Но это уже более сложный вопрос, и его изучают при
освоении специальности термиста.

зЙй%Чернътг
МЕТАЛЛЫ
Черными металлами называются сталь и чугун — спла¬
вы железа с углеродом. В стали углерода содержится до
2%, в чугуне больше 2%. Кроме углерода, в стали и чу¬
гуне могут быть и другие элементы, которые специально
добавляют в металл при его выплавке. Так, например,
в нержавеющую сталь, обычно добавляют хром или хром
и никель. Такие полезные элементы называются легирую¬
щими. Сталь, имеющая такие полезные добавки, назы¬
вается легированной. Чугун с такими полезными добав¬
ками также называется легированным.
В черных металлах имеются и вредные примеси, на¬
пример фосфор. Чем меньше этих примесей, тем металл
качественнее и дороже.
Разный химический состав стали и чугуна придает им
разные свойства. Большинство деталей машин, все ин¬
струменты изготовляются из сталей. Ввиду большого
разнообразия сталей их принято подразделять, во-первых,
по химическому составу, во-вторых, по назначению. По
химич:скому составу все стали подразделяются на угле¬
родистые, не имеющие специальных добавок, и легиро¬
ванные. По назначению стали подразделяются на следую¬
щие основные группы: конструкционные, инструменталь¬
ные и специальные. Мы познакомимся со сталями по груп¬
пам назначения.
Само название «конструкционные» подсказывает на¬
значение сталей этой группы. Из таких сталей изготовляют
детали различных конструкций: машин, механизмов, при¬
КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ
МАРКИ СТАЛЕЙ
711

способлений, приборов, строительных сооружений. Какие
же это стали? Во-первых, углеродистые стали обыкновен¬
ного качества марок: Ст. О, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4,
Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7. Чем меньше цифра в марке стали, тем
меньше в ней углерода. В отличие от этих сталей есть дру¬
гие — углеродистые качественные стали марок: 08, 10, 15,
20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85. Эти
стали обозначаются только двузначным числом, например
сталь 45. В этих сталях двузначное число соответствует
среднему содержанию углерода в сотых долях процента.
Стали качественные применяются для более ответст¬
венных деталей, особенно подвергающихся термообработке.
Содержание углерода существенно влияет на свойства
сталей. Техническое железо, не содержащее углерода,
менее прочно, чем любая сталь. Предел прочности техни¬
ческого железа равен 25 кГ/мм?, а стали марки 45 — около
50 кГ /мм?. Чем больше в стали углерода, тем она прочнее,
тем выше ее твердость после закалки. Этим и определяется
применение этих сталей. Из низкоуглеродистых сталей
изготовляются детали, которые должны быть пластичными
или должны хорошо свариваться. Так, арматура железо¬
бетонных конструкций изготовляется из стали Ст. 0, для
прочных конструкций — Ст. 5. Широко распространенная
сталь марки Ст. 3 используется для строительных кон¬
струкций промышленных и гражданских сооружений,
для постройки мостов. Из сталей 20 и 30 изготовляют крю¬
ки, оси, втулки, болты, гайки, рычаги, шайбы. Стали
с большим содержанием углерода применяются для де¬
талей, требующих повышенной прочности. Например,
валы, шестерни изготовляют из стали 45 и подвергают
термообработке.
В качестве конструкционных часто используются
легированные стали. Обозначаются они следующим обра¬
зом. Впереди всегда стоит двузначное число, означающее
содержание углерода в сотых долях процента. Затем идут
буквы, которые означают элементы, входящие в состав
стали. Каждый элемент обозначается какой-либо буквой
русского алфавита:
X — хром	В	— вольфрам	Т — титан
Н — никель	Ф — ванадий	Б — ниобий
С — кремний	М — молибден	Ю— алюминий
Г — марганец	К — кобальт	Р — бор
72

Если после буквы нет никакой цифры, значит, такого
элемента в стали около 1 % или меньше. Если цифра есть,
то она показывает примерное содержание элемента в це¬
лых процентах. Так, легированная сталь 40Х содержит
0,40% углерода, 1% хрома, остальное железо. Буква А,
стоящая в конце мерки, означал1 высококачественные
сорта сталей, имеющих мало вредных примесей, например
сталь 20ХНЗА. Легированные конструкционные стали
применяются для изготовления различных строительных
конструкций, деталей машин. Свойства этих сталей раз¬
нообразны, качество выше, чем углеродистых.
Легированные стали прочнее. Предел прочности, на¬
пример, стали 40Х после закалки и отпуска равен
100 кГ/мм2. Есть легированные стали еще более прочные:
предел прочности стали ЗОХГСА равен 110 кГ/мм2,
18ХНВА — более 115 кГ/мм2.
Существенная разница между углеродистой и легиро¬
ванной сталью состоит еще в способе закалки. Углероди¬
стые стали закаливаются только в воде. Они требуют бы¬
строго охлаждения. В масле могут закаливаться только
очень тонкие детали из углерод истой стали — толщиной
менее 5 мм. Легированные же стали все закаливаются
в масле. Больше того, сталь 18ХНВА может закаливаться
даже на воздухе, т. е. при нормализации. При охлажде¬
нии в масле или на воздухе меньше бывает брака деталей
из-за трещин и деформации, чем при охлаждении в воде.
Большое практическое значение имеет высокая про-
каливаемость легированных сталей. Крупные валы, ша¬
туны, большие шестерни изготовляют обычно из леги¬
рованных сталей.
Разб рем теперь, каким же видам термообработки под¬
вергаются конструкционные стали, каково назначение
и каковы режимы термообработки.
ЗАКАЛКА
Конструкционные стали обычно закаливаются на твер¬
дость не выше 55 HRC. Да они и не могут закалиться
сильнее, потому что в них сравнительно мало углерода.
После закалки детали обязательно отпускаются. Кон¬
струкционные стали обычно отпускаются при высокой
температуре (30J—600°); это — высокий отпуск. Закалка
Деталей с последующим высоким отпуском называется
73

улучшением. Такая термообработка улучшает механи¬
ческие свойства: детали имеют и высокую прочность и до¬
статочную пластичность.
В табл. 3 приводятся температуры закалки некоторых
марок конструкционных сталей.
Таблица 3
Температура закалки конструкционных сталей
Марка стали
Температура
закалки в °С
25, Ст.4 .
870—890
30, Ст.5		 .
850 -870
35
840—860
40.40Х
330—850
45, Ст. 6, 20ХНЗА	 . .
820-840
50 , 55, Ст.7
830—820
60, 65. 65Г
790—810
ЗОХГСА
О
00
00
1
о
г ^
00
18ХНВА
830—£00
ОТПУСК
П еле закалки детали имеют максимальную твердость.
Однако закаленные детали очень хрупки. Чтобы устранить
хрупкость, улучшить пластические св йства, детали от¬
пускают. Твердость при этом падает. Чем выше темпера¬
тура отпуска, тем меньше твердость детали. В конце кон¬
цов деталь можно отпустить так, что она будет такой же
мягкой, какой была до закалки. Поэтому термист дол¬
жен всегда знать, при как й же температуре отпускать
деталь, чтобы получить заданную твердость. Темпера¬
тура отпуска зависит в основном от марки стали. Зависит
она и от размеров детали. Мелкие д тали обычно закали¬
ваются сильнее, и отпускать их приходится при темпера¬
туре более высокой, ч.м крупные. Необходимо в школь¬
ном уголке термиста практически определить температуры
отпуска для д талей, которые будут часто подвергаться
термической обработке. Ориентировочно можно пользо¬
ваться данными табл. 4. В таблице привод itch средние
значения температуры. Возможны некоторые отклонения.
И

Таблица 4
Температура отпуска конструкционных сталей
Марка стали
Требуемая
твердость HRC
Температура
отпуска в °С
45
22—28
590
35-40
410
40—45
370
45—50
310
40Х
25—30
570
40—45
400
45—50
360
20ХНЗА
30—40
420
ЗОХГСА
25—30
600
30—40
480
40—45
380
18ХНВА
30—35
580
При отпуске изменяются не только твердость, но и дру¬
гие механические свойства стали. Чем выше температура
отпуска, тем ниже прочность и выше пластичность. Гра¬
фически это показано на фиг. 25.
—*— Температура отпуска
Фиг'. 25. Изменение механических
свойств при отпуске стали.
После отпуска детали обычно охлаждаются на воздухе.
Однако необходимо иметь в виду, что некоторые легиро¬
ванные стали (20ХНЗА, ЗОХГСА, 40Х и другие) после
отпуска следует замачивать в масле. Это обеспечит дета¬
лям лучшую вязкость, не изменяя их твердости.
75

ОТЖИГ И НОРМАЛИЗАЦИЯ
Отжигаются стали с целью смягчения перед механи¬
ческой обработкой, после литья для снятия напряже¬
ний, для улучшения структуры после ковки. Отжигом можно
устранить перегрев стали. Практически температуру от¬
жига можно брать ту же, что при закалке, или несколько
меньшую. Легированные стали после выдержки жела¬
тельно охлаждать медленнее, чем углеродистые. Твердость
углеродистых сталей после отжига 131—207 НВ, легиро¬
ванных сталей несколько выше — до 241 НВ.
Нормализации обычно подвергаются низкоуглероди¬
стые стали. Цель нормализации та же, что и отжига, од¬
нако прочность и твердость после нормализации выше,
а процесс проще.
СТРУКТУРА КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ
Основные разновидности структур конструкционных
сталей следующие. В отожженном и нормализованном виде
сталь состоит из смеси структурных составляющих — фер¬
рита и перлита. Феррит — составляющая очень мягкая
и пластичная, но малопрочная. Перлит — смесь частичек
феррита и карбида железа (цементита). Перлит имеет
среднюю твердость и среднюю пластичность. Структура
отожженной стали 45 показана на фиг. 26.
В закаленном виде сталь состоит из мартенсита. Это
очень твердая и хрупкая структура. Твердость мартенсита
более 60 HRC. На фиг. 27 показана структура закаленной
стали 45.
При отпуске мартенсит превращается в другую струк¬
туру — сорбит отпуска с твердостью меньшей, чем
у мартенсита, но с вязкостью большей, чем у мартенсита.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Некоторые детали машин, приборов, аппаратов изго¬
товляют из специальных легированных сталей. Такие стали
обладают каким-либо определенным сильно развитым фи¬
зическим или химическим свойством, каким вовсе не обла¬
дают остальные стали или обладают в весьма слабой сте¬
пени.

77

Нержавеющие стали марок 1X13, 2X13, 3X13 и 4X13
не ржавеют на воздухе и под действием воды. Из них из¬
готовляют клапаны и валики водяных насосов, лопатки
паровых турбин, предметы домашнего обихода. Стали
могут закаливаться до твердости 50 HRC.
Кислотостойкие ста^и, например Х18Н9Т, Х17, при¬
меняются для изготовления аппаратуры, работающей при
невысокой температуре в кислоте и в воде. Стали закали¬
ваются, но твердость их при этом не повышается. Цель
закалки этих сталей — повысить коррозионную стойкость.
Жаростойкие (окалиностойкие) стали Х25Н20С2 и дру¬
гие не окисляются при нагреве до температуры 1000°. Из
них изготовляют различные детали термических печей
(муфели, конвейеры, подовые плиты).
Жаропрочные стали способны сохранять свою проч¬
ность при нагреве до температуры 650°. Жаропрочными
являются стали Х5М, 1Х12Н2ВМФ и другие.
Электротехнические динамные стали марок Э11, Э12 и
другие идут на изготовление полюсов электрических машин.
Сталь Э41 трансформаторная. Из нее изготовляют сер¬
дечники трансформаторов.
Для постоянных магнитов используются стали с индек¬
сом Е, например EX, ЕХЗ и другие.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Инструментальными называются стали с большим со¬
держанием углерода. Имеется несколько марок инстру¬
ментальных углеродистых сталей, обозначаемых буквой
У: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13. Цифры, стоящие после
буквы У, указывают содержание углерода в десятых долях
процента.
Инструментальные стали с тем же содержанием углеро¬
да, но с меньшим содержанием вредных серы и фосфора
и поэтому более стойкие в работе обозначаются буквой А,
например: У8А. Это — высококачественные инструменталь¬
ные углеродистые стали.
Инструментальные стали используются для изготовле¬
ния различных инструментов, которые закаливаются на
высокую твердость. Однако известно, что чем больше в ста¬
ли углерода и выше ее твердость, тем сталь менее вязкая.
Поэтому инструмент, работающий с ударами, изготовляет¬
ся из инструментальной стали с самым малым содержанием
78

углерода. Так, клейма, зубила, ножи, сельскохозяйствен¬
ные косы, д. р.вообрабатывающий инструмент изготовля¬
ются из стали У7. Из этой же стали часто изготовляют
и пружины. Из сталей У8 и У9 изготовляются рабочие
части штампов: пробивные пуансоны, матрицы. Для ре¬
жущего инструмента: фр. з, резцов, св. рл, метчиков, пла-
Ш-К, разверток используются стали У10 и У12 (фиг. 28).
Измерительный инструмент (калибры, скобы) изгот в-
ляют также из стали У10. Самая твердая сталь У13 ис¬
пользуется, например, для бурового инструмента. Такой
инструмент тр.буст особо высокой твердости для предот¬
вращения быстрого истирания.
Фиг. 28. Режущий инструмент с твердостью рабочей части не
ниже 60 HRC.
Для изготовления режущего, штамповочного и изме¬
рительного инструмента используются часто легирован¬
ные инструментальные стали. Стойкость такого инстру¬
мента выше, ч.м инструмента из углеродистой стали.
Обозначаются легированные стали теми же буквами, что
и конструкционные. Впереди букв стоит число, показы¬
вающее сод ржание углерода в д сятых долях процента.
Так, сталь 9ХС содержит 0,9% угдерода, по одному про¬
центу хрома и кремния, остальное железо. Если впереди
букв цифры нет, значит, углерода в стали 1% или выше,
как, например в стали ХВГ.
79

ВИДЫ ТЕРМООБРАБОТКИ
Закалка инструмента производится для повышения
его твердости и прочности. Инструмент из углеродистой
стали закаливается в воде или соляном растворе, а из ле¬
гированной стали — в масле. Инструмент из углеродистой
стали небольшого сечения, например толщиной 2 мм
и менее или диаметром не более 5 мм, можно закалить
в масле.
Инструментальные стали — самые твердые. Твердость
этих сталей может быть доведена до 66 HRC. Это придает
инструменту прочность и износостойкость, способность
резать другие металлы.
Структура закаленной инструментальной стали —
мартенсит и карбиды. Карбиды — это химические соеди¬
нения железа или легирующих элементов с углеродом,
например Fe3C — карбид железа, или цементит.
Температура закалки некоторых марок инструменталь¬
ных сталей приведена в табл. 5.
Таблица б
Температуры закалки инструментальных сталей
Марки сталей
Температура
закалки в °С
У7, У8
У9, У10, УН, У12. У13
хвг
хг
9ХС
780-800
760—780
820—840
840-860
850—870
Отпуск проводится для уничтожения высокой хруп¬
кости после закалки и повышения вязкости инструмента.
Закаленный режущий инструмент (резцы, сверла, фрезы,
метчики, плашки), изготовленный из инструментальной
стали, обычно отпускается на твердость HRC =60	64.
Для получения необходимой твердости инструмент отпу¬
скают при строго определенной температуре. Температуры
отпуска некоторых инструментальных сталей приведены
в табл. 6. Возможны отклонения от указанных темпера¬
тур, это зависит от условий термообработки, вида инстру¬
мента и некоторого отклонения действительного химиче¬
ского состава от марочного.

Таблица 6
Температура отпуска некоторых инструментальных сталей
Марка стали
Требуемая твердость
HRC
Температура
отпуска в °С
У7—У13
60-64
180
56—58
220
52—56
300
48—52
320
ХВГ и ХГ
60—64
180
56—58
250
50—55
310
48—52
370
9ХС
60—64
240
55—60
290
Отжиг инструментальных сталей проводится обычно
с целью их смягчения перед механической обработкой.
Заготовки или детали из углеродистых сталей отжигаются
при температуре 759—770°. Легированные стали ХВГ,
ХГ, 9ХС отжигаются при температуре 78Э—800°.
Твердость отожженной углеродистой инструменталь¬
ной стали около НВ=187—217, легированной — около
ИВ =228 -f 255.
БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ
Быстрорежущие стали составляют особую группу ле¬
гированных инструментальных сталей. Они обозначаются
буквой Р (от английского слова «рапид» — быстрый). Ос¬
новные марки этих сталей —■ Р18 и Р9. Основной легирую¬
щий элемент в них — вольфрам, в стали Р18 его 18%,
а в стали Р9 его 9%. В отожженном состоянии стали имеют
твердость ИВ=207	255.
Быстрорежущие стали закаливаются на высокую проч¬
ность (зв до 300 кГ /мм2) и твердость ЯЯС—62 — 65. Глав¬
ное их достоинство — высокая тепловая стойкость. Это
означает, что быстрорежущая сталь, даже нагретая до тем¬
пературы 600°, т. е. до темно-красного цвета, не теряет
своей высокой твердости. Поэтому эти стали и называют
красностойкими. В отличие от них другие инструменталь¬
ные стали теряют высокую твердость уже при нагреве до
6 Л. П. Карпов
81

температуры 200—250°. Благодаря высокой красностой¬
кости быстрорежущие стали с успехом применяются для
изготовления режущего инструмента.
Для закалки быстрорежущие стали нагреваются до
температуры 1240—1260°. Обычно инструмент предвари¬
тельно подогревается сначала до температуры 350—400°,
а затем до 850°. Нагревается инструмент в соляных высо¬
котемпературных ваннах или токами высокой частоты
(т. в. ч.)\ Выдержка при высокой температуре небольшая —
до прогрева, охлаждение в масле. Закаленный инструмент
отпускают два-три раза по режиму: нагрев до температу¬
ры 560° с выдержкой минут 30—60 после прогрева, охлажде¬
ние на воздухе.
Быстрорежущие стали могут закаливаться на воздухе,
за что их раньше называли «самокалом». Однако прак¬
тически инструмент чаще закаливается в масле, потому
что его режущие свойства получаются лучше при охлаж¬
дении в масле, чем при охлаждении на воздухе.
Из быстрорежущей стали изготовляют не только цель¬
ный инструмент, но и пластинки, являющиеся рабочей
частью составного режущего инструмента. Пластинки
припаиваются к державкам из углеродистой стали. Это
экономит дорогую быстрорежущую сталь. Пластинки из¬
готовляют и из твердых сплавов, содержащих карбиды
вольфрама (пластинки типа В Кб и другие) или карбид
вольфрама и карбид титана (пластинки типа Т15К6 и другие).
Твердосплавные пластинки изготовляют следующим образом.
Порошок карбидов смешивают с небольшим количеством по¬
рошка связующего металла. Эту смесь прессуют под большим
давлением, получая пластинку нужного размера и формы.
Затем пластинку спекают при высокой температуре. В твер¬
дых сплавах связующим веществом является кобальт. Твер¬
дость таких сплавов выше 70 HRC, измерять ее на приборе
ТК алмазом при нагрузке 150 кГ нельзя, можно измерять
при нагрузке 60 кГ. Красностойкость твердых сплавов выше
красностойкости быстрорежущих сталей: свою высокую
твердость они сохраняют при нагреве до температуры 800°
и более.
Быстрорежущие стали—в особенности твердые сплавы —
типичные инструментальные материалы, применяемые при
скоростной обработке металлов. Без быстрорежущих ста¬
лей и твердых сплавов скоростная обработка металлов
была бы немыслима.
82

ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ О СТАЛЯХ
В школьном уголке термиста можно провести все ука¬
занные виды термообработки, о которых было рассказано
на предыдущих страницах. Операции отжига, нормали¬
зации и отпуска не требуют особых пояснений. Выпол¬
няются они просто, важно лишь соблюдать режимы тер¬
мообработки. Гораздо труднее правильно закалить деталь,
получить высокую твердость, не допустить трещин и де¬
формации. Приведем некоторые советы.
КАК ПОЛУЧИТЬ ВЫСОКУЮ ТВЕРДОСТЬ
Прежде всего нужно правильно выбрать марку стали.
При термообработке строго контролировать температуру,
соблюдать режимы. Опустив деталь в закалочный бак,
следует энергично перемещать деталь в воде или масле.
Тогда на детали не появится мягких пятен. Мягкое пятно
может быть и там, где деталь держали клещами. Иногда
к детали лучше прикрепить проволочную петлю и зака¬
ливать деталь с помощью клюшки.
КАК избежать трещин
Для этого необходимо правильно подобрать охлаждаю¬
щую среду. Если деталь может закалиться в масле, неза¬
чем ее охлаждать в воде. Чем медленнее охлаждение, тем
меньше возможность появления трещин. Часто, чтобы
избежать трещин, деталь при закалке охлаждают через
воду в масле. Это значит, что пока температура детали па¬
дает до 400—300°, деталь можно держать в воде, а затем
перенести в масло. Научиться вовремя переносить деталь
в масло — серьезная задача для термиста. Если перенести
рано — не получить высокой твердости, если опоздать —
на детали могут появиться трещины. Охлаждать деталь
при закалке не обязательно до комнатной температуры,
можно до теплого состояния.
Трещины могут появиться и после закалки, если деталь
длительное время не отпускать. Отпускать закаленные
Детали необходимо как можно быстрее, желательно сразу
же после закалки.
Если деталь изготовлена из углеродистой стали и имеет
отверстия, то перед закалкой отверстия необходимо забить
сухим асбестом. Конечно, не следует забивать рабочие от¬
верстия, где нужна высокая твердость.
83

НЕ ДОПУСКАЙТЕ ДЕФОРМАЦИИ!
Чтобы избежать деформации при любом виде термооб¬
работки, необходимо помнить прежде всего о высокой пла¬
стичности нагретого металла. Разогретые детали очень
пластичны и легко могут деформироваться при неправиль¬
ной укладке в печи или при неаккуратном обращении.
Охлаждать детали длинные и тонкие нужно вертикаль¬
но. Так закаливаются развертки, фрезы, метчики, отвертки,
оправки (см. цветную вклейку).
КАК ЗАКАЛИТЬ ЧАСТЬ ДЕТАЛИ?
Действительно, как же закалить, например, железку
рубанка? Резец рубанка условно называется железкой,
на самом же деле он изготовляется из инструментальной
стали У8 или У9, рабочая часть его на длине 50 мм зака¬
ливается на твердость HRC=53 -?60. Чтобы обеспечить
такую твердость рабочей части, а нерабочую оставить не¬
закаленной, возможно несколько вариантов термообра¬
ботки.
Первый вариант. Нагреть резец полностью, закалить
рабочую часть. Отпустить полностью или рабочую часть.
Второй вариант. Нагреть в соляной ванне только ра¬
бочую часть резца и закалить ее. Отпустить рабочую часть
или полностью весь резец.
Третий вариант. Нагреть резец, закалить его полностью.
Отпустить при температуре 280°. Отпустить нерабочую
часть при температуре 700°, нагревая ее в соляной ванне.
Четвертый вариант. Закалить резец с самоотпуском
на фиолетовый цвет.
ПОПРОБУЙ ОТРИХТОВАТЬ!
Металлические детали часто приходится рихтовать.
Рихтовать мягкий металл приходилось каждому. Дело
это простое. Изогнулась, скажем, плоская пластина.
Чтобы ее выпрямить, достаточно разогнуть до плоского
состояния. Если металл имеет некоторую упругость, нуж¬
но прогнуть его в обратную сторону. Чем выше твердость,
тем прогибать приходится больше. Если пластина сталь¬
ная и имеет твердость большую, например 40 HRC, то ее
уже прогнуть трудно. Для этого нужно большое усилие,
а при чрезмерно большом усилии деталь можно сломать.
84

Как же в таком случае отрихтовать деталь? Наклепом! Для
этого пластину укладывают на металлическую плиту во¬
гнутой поверхностью вверх. Ударяя носком слесарного
молотка по этой поверхности, наклепывают ее. При этом
в металле создаются напряжения, и пластина выпрям¬
ляется. Носок молотка должен бьггь нормально острым, без
завалов, и заточен под радиус 1—2 мм.
ПРОБА НА ИСКРУ
Всем известно, как искрит сталь при обточке ее наж¬
даком или при шлифовке. Быстровращающийся наждач¬
ный круг разогревает и отрывает частицы металла. Рас¬
каленные кусочки стали светятся как искры, отлетая в сто¬
рону, затем сгорают в воздухе. Оказывается, по характеру
этих искр можно определить марку стали. Так на прак¬
тике часто и поступают. По искре можно отсортировать
углеродистые стали от легированных, низкоуглеродистые
от инструментальных. Чем больше в стали углерода,
тем короче сноп искр, а звездочек в нем больше. При этом
звездочки вылетают из-под самого наждака (см. цветную
вклейку). Так искрят инструментальные стали У10 и дру¬
гие.
Сталь низкоуглеродистая, например Ст. 3, дает длин¬
ный сноп искр, звездочек в нем мало, они вспыхивают на
конце огненного пути, далеко от наждачного камня. У угле¬
родистых сталей искра обычно желтая, у большинства
легированных — с красноватым оттенком, у быстрорежу¬
щих сталей — красная.
Сравнивать стали по искре необходимо при одинаковых
условиях, на одном и том же наждаке, при одинаковом
усилии цажатия на вращающийся круг. Определение стали
по искре требует большого навыка. Рекомендуется в школь¬
ном уголке термиста иметь коллекцию образцов сталей раз¬
личных марок. Характер искр различных сталей желатель¬
но зарисовать. Испытывая образцы на искру, не забывайте
о безопасных условиях работы на наждаке. Наждачный ка¬
мень должен быть прочным, без трещин. Защитный кожух
и подручник должны быть надежно укреплены на своих
местах. Прочно удерживая образец в руке, необходимо
плавно и слегка прижимать его к цилиндрической поверх¬
ности камня. Прижимать образец к боковой поверхности
камня запрещается — это опасно.
85

ПРИМЕНЕНИЕ СТАЛЕЙ
В табл. 7 приведены примеры стальных деталей, под¬
вергающихся закалке. Указывается применяемая сталь
и твердость согласно действующим стандартам. Если де¬
таль закаливается полностью, то в графе «Твердость» ука¬
зывается только значение твердости. Если же закали¬
вается часть детали, то в той же графе указывается длина
закаленной части или место закалки.
Фиг. 29. Отвертка:
1—сталь У7; 2—сталь Ст. 2; 3—дерево.
На фиг. 29 показан пример применения сталей для из¬
готовления отвертки.
Упражнение 22. При закалке объем увеличивается
Пруток из стали 45 диаметром 12 мм и длиной
100 мм проторцуйте с обеих сторон на токарном стан¬
ке. Измерьте микрометром длину образца с точностью
до сотых долей миллиметра. Закалите образец в воде
и снова измерьте его длину в тех же точках. Сравните
результаты измерений. Измерьте твердость образца,
чтобы убедиться, хорошо ли он закалился.
Упражнение 23. Неправильно охладил — плохую
деталь получил
Из стали 45 отфрезеруйте две пластинки толщи¬
ной 10 мм размерами 15 X120 мм. Широкие плос¬
кости пластинок должны быть ровными. Проверьте
это на поверочной плите. Теперь нагрейте пластинки
до температуры 830°, не допуская деформации. Одну
пластинку ухватите клещами и погрузите в воду ши¬
рокой плоскостью на половину толщины. Верхняя
широкая плоскость должна оставаться над водой до
потемнения. Затем охладите пластинку полностью.
86

Примеры применения сталей
Таблица 7
Деталь или
инструмент
Марки сталей
Твердость
Крепежные детали (термообработанные)
Болт, гайка, винт,
шайба . .
35
6/?С= 30^40
Болт
40Х
66=241-5-285
Детали автомобиля
Шатун
40
66= 207ч-281
40ХНМА
66=241-г-285
Передняя ось . .
45
НВ=220 -г-255
Вилка карданного
вала
35
66 = 207-5-241
Детали сельскохозяйственных машин, инструмент
Цепь приводная .
40, 45, 50
HRC до 40
Лемех картофеле¬
уборочной ма¬
шины
50
Н 6=350-5-450
Муфта сцепления .
40 X
66С= 48-5-55
Вкладыш и сегмент
режущих аппа¬
ратов .....
У9
Лезвие HRC=50-5-60, осталь¬
Сельскохозяйствен¬
ная коса ....
У7А.У9А
ное не более 30HRC
HRC=424-50
Детали станков и
приспособления
Пружина ....
65Г
HRC= 40-5-45
Шестерня ....
45
НВ=220-5-250
40Х
66= 285-5-321
Шпиндель ....
45
66=220-н250
40Х
HRC= 40-5-50
Вал
40,45
//6= 269-5-302
40Х
, 66С=46-5-53
Цанга
У8
Рабочая часть Н RC= 57-5-60,
Ходовой винт . .
ХГ
хвостовик около 40 HRC
1 66С=56-5-60
Центр
У7.У8
Конус и торец 66С= 55-5-58
Токарный ключ . .
45
66С=40-5-45
Клин к инструмен¬
ту с конусом . .
Ст.6, Ст.7
1 Широкий конец HRC=40-5-50
87

Таблица 7 (окончание
Деталь или
инструмент
Марки сталей
Твердость
Слесарный инструмент
Ключ гаечный . .
40,45,40Х
Головка HRC=40--45
Круглогубцы .
Разметочный цир¬
50
Зажимные поверхности
/ШГ=42^-50
куль ..... .
45,50
Ножки на длине 20 мм
HRC=38-J-45
Тиски ручные . .
45, Ст.6
Рабочие поверхности
HRC= 45-^50
Тиски (губки) . .
50
HRC=52--58
Молоток .....
У7.50.40Х
Слесарный, кровельный, косо¬
отбойный HRC= 49-1-56
Плотничный, столярный, сапож¬
ный HRC= 43-н51
Закаливать рабочие концы на
длине 1/Б длины молотка
Напильник ....
У10,У12,У13
Рабочая часть HRC больше 54
Хвостовик 35 HRC, не более-
Надфиль
У10.У12
HRC более 54
Кернер, зубило . .
У7А
Рабочей части на длине
0,3—0,5 длины конуса HRC—
Крейцмейсель . .
У8А
52 г-57; ударной части на дли¬
не 15—25 мм HRC=32-г 40
Бородок
Острогубцы (ку¬
У7А, У 8
Рабочей части на длине
15—40 мм IIRC- 45-:-52
Ударной части на длине
15—25 мм HRC=32-=40
сачки) ...
Ножницы кровель¬
У7,У8,60,70
Губки HRC= 52^-60
ные
Плоскогубцы ком¬
У 7
Рабочие части HRC=52-=60
бинированные
У7,У8
Рабочие части HRC=52-н60
Отвертка
У7,У8,50
Лопатка HRC=46-ь-52
Столярный и строительный инструмент
Стамеска ...
^8, У 9
Лезвие на длине 60—70 мм
HRC=БЗ-г-58
Ножовка .....
У8ГА,У10А
Зубья HRC=45н-49, спинка не
выше 49HRC
Топор .
У7.У8
Лезвие на длине 30 мм
HRC=50^-56

Цвета
ппБе» алости
гЬо-зво*
Ивета
чаления
500-790
Цвета каления и цвета побежалости (вверху)
Проба различных сталей на искру (внизу).

Закалка фрезы. Слева — щит управления с потенциометром.

Другую пластинку закалите в воде нормально, т. е.
полностью погружая в воду вертикально. Сравните
кривизну обеих пластинок.
Упражнение 24. Инструментальные стали имеют
разную теплостойкость
Подготовьте по одному образцу из стали У10 и
Р18. Закалите каждый образец и измерьте твердость.
Отпускайте образцы вместе на различную темпера¬
туру от 200 до 600° и измеряйте твердость после каж¬
дого отпуска. Постройте график зависимости твер¬
дости каждого образца от температуры отпуска.
Сравните теплостойкость стали Р18 с поведением уг¬
леродистой стали. Вместо образца Р18 можно взять
готовый быстрорежущий резец и отпускать его, не
перекаливая.
Упражнение 25. Способы закалки
Научитесь закаливать режущий инструмент, сле¬
сарный, деревообрабатывающий и другой, имею¬
щийся в ваших производственных мастерских. При этом
используйте различные способы закалки: закалку
всего инструмента, закалку рабочей части, закалку
на разную твердость рабочей части и хвостовика.
Упражнение 26. Сам сделал — сам закали!
Закалите инструмент, который вы сами изгото¬
вите в школьных мастерских, например молоток,
измерительный циркуль и т. д.
ЧУГУНЫ
Кроме стали, для изготовления деталей машин широко
применяется чугун. Из стали трудно отливать детали,
сталь плохо заполняет литейные формы. Большинство
стальных деталей изготовляется из заготовок вытачива¬
нием на станках или с помощью ковки и штамповки. Хотя
в настоящее время все чаще внедряется стальное литье,
однако чаще детали отливаются из чугуна. Расплавлен¬
ный чугун очень жидкотекуч и прекрасно заполняет
литейные формы, образуя порой очень сложные тонко¬
стенные детали. Если к тому же учесть, что производство
чугуна гораздо дешевле, чем стали, то станет ясным широ¬
кое применение чугунных отливок. При массовом произ¬
89

водстве чугунные литые детали гораздо дешевле деталей,
изготовленных из стали.
Чугун — это сплав железа с углеродом в количестве
2—4°о. Температура плавления чугуна около 1200°. Это
гораздо меньше, чем температура плавления железа (1539э)
и стали. Чугун производится и применяется в нескольких
разновидностях. Углерод чугуна может быть в виде чистого
графита разной формы. Такой чугун называется серым, по¬
тому что его излом серого цвета. Углерод может быть в
составе цементита Fe3C. Чугун с частицами цементита назы¬
вается белым, его излом белого цвета.
Основные виды чугуна: серый, белый, ковкий, высо¬
копрочный и легированный. Отличаются они один от дру¬
гого по свойствам.
СЕРЫЙ ЧУГУН
Наиболее широкое применение в машиностроении
имеет серый чугун. Он хорошо отливается и обрабаты¬
вается на станках. Из серого чугуна отливают большин¬
ство станин станков, разметочные плиты, корпуса редук¬
торов и других машин. Всем известно художественное
литье из чугуна. На Урале, например, таким искусством
славились каслинские мастера.
Твердость самого твердого серого чугуна не более 269НВ.
Недостаток серого чугуна — малая ударная вязкость:
о„=0,4 ; 0,8 кГм!см2.
Пример обозначения марки серого чугуна: СЧ 12—28.
Это означает: С — серый, Ч — чугун, 12 — предел проч¬
ности при растяжении, 28—предел прочности при изгибе.
Марок серого чугуна несколько, самый прочный чугун
марки СЧ 38—60. Структура серого чугуна: перлит с фер¬
ритом и графит.
БЕЛЫЙ ЧУГУН
Белый чугун для изготовления деталей употребляется
редко, потому что он трудно обрабатывается на станках
ввиду высокой твердости (НВ=700) и очень хрупок. Толь¬
ко некоторые детали, от которых требуется высокая поверх¬
ностная твердость (валки холодной прокатки, вагонные
колеса), отливаются из белого чугуна, да и то не по всему
сечению, а только с наружной коркой, имеющей структуру
белого чугуна.
90

ковкий чугун
Ковким называется отожженный белый чугун. Этот чугун
имеет достаточно высокую прочность (зе^30—38 кГ/мм2) и
хорошую пластичность (э=15°о), он менее хрупок {ан=
до 3,5 кГм/см2)\ твердость его не более 240 НВ. Имеется не¬
сколько марок ковкого чугуна. Пример обозначения: КЧ
37—12, где К—ковкий, Ч—чугун, 37 — предел прочности
при растяжении, 12 — относительное удлинение. Из ковкого
чугуна изготовляют детали, работающие с небольшими
ударными нагрузками, например: звенья цепей сельско¬
хозяйственных машин, кулачковые и коленчатые валы, пор¬
шни двигателей внутреннего сгорания.
Ковать ковкий чугун нельзя, хотя он так и называется
благодаря своей неплохой ударной вязкости.
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
Имеется несколько марок высокопрочного чугуна, по¬
лученного способом так называемого модифицирования.
Прочность такого чугуна, особенно после термообработки,
высокая — до 90 кГ /мм2.
Пример обозначения: ВЧ 40—10, где В означает высо¬
копрочный, Ч—чугун, 40 — предел прочности при растя¬
жении, 10 — относительное удлинение.
Применяется высокопрочный чугун для изготовления
тормозных барабанов, подшипников, коленчатых валов
и других высоконагруженных или работающих на исти¬
рание деталей.
ЛЕГИРОВАННЫЙ ЧУГУН
Чугун обычно легируется хромом, никелем, алюминием.
Цель легирования — получить специальные свойства,
например: теплостойкость, жаростойкость, коррозионную
стойкость и т. д.
Пример обозначения: чугун марки Х34. Это хромистый
чугун, жаростойкий до температуры 1200°.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЧУГУНА
Различные чугуны могут подвергаться следующим ви¬
дам термообработки.
Графитизирующий отжиг. Так называется отжиг бе¬
лого чугуна с целью получения из него ковкого. При этом
91

цементит разлагается, и углерод переходит в свободное со¬
стояние: Fe3C- ►3Fe4-C. Режим отжига состоит из двух
стадий: первая выдержка при 900—1050°, вторая выдерж¬
ка при 770—720°. Выдержка длительная, несколько часов
или даже более суток.	■»-	-
Смягчающий отжиг. Такому отжигу подвергаются
отливки из серого чугуна, отбеленные с поверхности. Ре¬
жим отжига: нагрев до 900—950°, выдержка 2—-3 часа,
охлаждение на воздухе. Простой серый чугун, но с повышен¬
ной твердостью тоже может подвергаться смягчающему
отжигу с нагревом до 700°.
Отжиг для снятия напряжений применяется обычно
для отливок из серого чугуна. Режим: плавный нагрев до
температуры 500—550°, выдержка после прогрева около
2 час., охлаждение с печью до 150°, затем охлаждение на
воздухе.
Закалка. Закалке иногда подвергаются ковкий, высоко¬
прочный или легированный чугуны для повышения проч¬
ности и износостойкости. Режим закалки: нагрев до 900°,
охлаждение в воде или масле, отпуск при 350—500°.
Нормализация применяется чаще для легированных
чугунов с целью улучшения механических или физиче¬
ских свойств. При этом отливки нагреваются до 850—900°,
выдерживаются 0,5—3 часа. Затем сложные отливки от¬
пускаются при 500—650°.
Упражнение 27. Хрупкость чугуна
Изготовьте по одному образцу из стали 45 и серого
чугуна, а если удастся достать, то и из ковкого чу¬
гуна. Форма образцов должна быть одинаковой, длина
около 100 мм. Зажмите образцы в тиски, установив
образцы в ряд один к одному, оставив не зажатой по¬
ловину образцов по длине. Ударяя с одинаковой си¬
лой молотком по образцам, сравните их хрупкость
при изломе.
Упражнение 28. Как изменяется структу¬
ра серого чугуна при термической
обработке
Приготовьте 5 образцов из одного и того же куска
серого чугуна. Четыре образца нагрейте в печи до
температуры 850—900° и, выдержав при этой тем¬
пературе около получаса, охладите: один в воде,
92

второй — в масле, третий — иа воздухе и четвер¬
тый — вместе с печью. Сделайте шлифы на всех пя¬
ти образцах, протравите их тем же раствором, что
для сталей. Сопоставьте структуру термообработан¬
ных образцов с исходной. Обратите внимание, что
форма и величина пластинок графита осталась не¬
изменной, а изменилась только структура металли¬
ческой основы. Сопоставив структуру отожженного
чугуна со структурой исходного, сформулируйте,
как изменилась структура при отжиге. Подтвердите
это определением твердости по Бринеллю. Проде¬
лайте то же сопоставление структур и твердости
нормализованного чугуна (т. е. охлажденного на
воздухе) и исходного.

Цветные
металлы
Для изготовления различных изделий и деталей машин
применяют не только сталь и чугун. Многие детали изго¬
товляются из цветных металлов и сплавов. Чем это вызвано?
Условиями работы деталей и свойствами применяемых
материалов. Свойства цветных металлов разнообразны.
Во-первых, высокая коррозионная стойкость. Детали,
изготовленные из цветных металлов, часто не подверга¬
ются защитным покрытиям и тем не менее не ржавеют.
Наоборот, некоторые цветные металлы (никель, олово,
цинк, кадмий) сами применяются для защиты стальных
деталей от коррозии. Во-вторых, многие цветные металлы
и сплавы гораздо легче стали и чугуна. Так, алюминий и
его сплавы почти в 3 раза легче стали. Магниевые сплавы еще
легче. В-третьих, цветные металлы, кроме никеля и кобаль¬
та, немагнитны. Это их свойство имеет большое значение
для изготовления электрических машин и аппаратов.
Простые цветные металлы не могут упрочняться при
термообработке. Они только отжигаются для смягчения,
и то если предварительно были деформированы. Сколько
бы мы ни закаливали, например, медь, алюминий, они все
равно остаются мягкими. Твердость их не возрастает. Дру¬
гое дело некоторые сплавы цветных металлов: дуралюмин,
силумин, сплавы магния, титана и т. д. Эти сплавы могут
быть твердыми после соответствующей термообработки,
а после отжига становятся мягкими
МЕДЬ
В настоящее время невозможно развитие радиотехники
и электротехники без широкого применения меди. Для
производства проводов в основном используется медь. Она
94

обладает самой высокой электропроводностью после се¬
ребра, ее удельное электросопротивление р=0,017 ом мм21м.
К тому же медь очень пластична, ее относительное удли¬
нение в отожженном виде 0=50%. Используя такие высо¬
кие свойства меди, подольский завод «Микропровод» на¬
ладил выпуск провода диаметром всего лишь 30 микрон.
Такой микропровод очень нужен для изготовления точ¬
нейших современных радио- и электроприборов. Удельный
вес меди 8,9 Г1см3, цвет красный, температура плавления
1083° , твердость 45ИВ. Медные листы, прутки, трубы
могут поставляться на машиностроительные заводы как
отожженными, так и нагартованными с твердостью до 130И В.
Существует несколько марок технической меди; наи¬
более часто применяется медь марки Ml.
Деформированная медь отжигается при температуре
500—700° с охлаждением на воздухе или в воде. Замачи¬
вание в воде способствует обрыву окалины, не изменяя
твердости самой меди.
ЛАТУНИ
Латуни — это сплавы меди с цинком, а иногда и с дру¬
гими элементами. Марок латуней много, они имеют разный
химический состав, разные свойства. Обозначения марок
всех латуней начинаются с буквы Л, затем следует первая
буква легирующего элемента. Например, ЛС 74—3—это
свинцовая латунь с 74% меди, 3% свинца, остальное цинк.
Одна из самых распространенных марок латуней—Л68.
Эта латунь имеет высокую пластичность и вязкость. Из нее
штампуют гильзы охотничьих патронов и другие детали.
Температура плавления латуни 900—938°, твердость мягкой
отожженной НВ59, твердой нагартованной ИВ 150. Твер¬
дую латунь можно отжечь при температуре 550—700° с
охлаждением на воздухе. Латунь может поставляться в вйде
прутков, полос, лент. Они могут быть отожженными мяг¬
кими, тогда обозначаются буквой М, например Л68М. Ла¬
тунь нагартованная твердая, не отожженная дополнитель¬
но, обозначается буквой Н, например Л68Н.
БРОНЗЫ
Бронзы — это сплавы меди с элементами: оловом, алю¬
минием, кремнием и другими. Свойства бронзы зависят
от ее состава. Бронзы оловянные обладают хорошими ли-
95

темными свойствами. Из них чаще отливают художест¬
венные изделия, памятники (фиг. 30), решетки, в преж¬
нее время — колокола. Впервые люди научились получать
и применять именно оловянную бронзу. Но эта бронза до¬
рогая, потому что в нее входит дефицитное олово. Наи¬
большее распространение сейчас получают бронзы алю¬
миниевые, кремнистые и другие, не содержащие олова.
Фиг. 30. Памятник Петру Первому в Ленинграде («Медный всадник»).
Обозначаются бронзы буквами Бр и соответствующими
буквами и цифрами легирующих элементов. Например,
бронза Бр. АЖ9—4 содержит 9% алюминия, 4% железа,
остальное — медь. Такая бронза обладает высокими анти¬
коррозионными свойствами, а также применяется для из¬
готовления подшипников.
Твердость мягкой бронзы около НВ 110, нагартован-
ной НВ 160—200. Нагартованную бронзу отжигают для
смягчения при температуре 600—700°. Отжиг — основной
вид термообработки бронзы.
Некоторые бронзы способны упрочняться при термо¬
обработке. Например, бронза бериллиевая Бр. Б2 после
96

нагрева при температуре 780—800°, закалки в воде и от¬
пуска при температуре 300° имеет твердость до НВ 400.
Из такой бронзы изготовляют пружины, пружинящие кон¬
такты, которые при работе не должны искрить, намагни¬
чиваться, ржаветь. После закалки бронза мягкая, а после
отпуска — твердая. Отпуск бгриллиевой бронзы часто
называют старением, или облагораживанием.
ПРИПОИ
Припоями называют сплавы цветных металлов, приме¬
няемые для пайки. Припой на медной основе называется
твердым. Плавится он при температуре около 800° и об¬
разует спай высокой прочности. Таких припоев несколько
марок, например ПМЦ36, в котором содержится 36% ме¬
ди, остальное цинк.
АЛЮМИНИЙ
Известно ли вам, что обыкновенная красная кирпичная
глина содержит алюминий? Правда, алюминия в ней мало.
Зато есть другая глина, называемая бокситом, в ней алю¬
миния гораздо больше. В боксите алюминий содержится
в виде химического соединения — глинозема А1 03. Из
него в настоящее время и получают основную массу алю¬
миния. Алюминий — самый распространенный металл зем¬
ной коры. Металлический алюминий впервые получил хи¬
мическим путем датский физик Христиан Эрстед. Это было
в 1825 г. Тогда этот металл всех заинтересовал. Он не бо¬
ится ржавчины, гораздо легче стали, его удельный вес
2,7	Псм3, а плавится он при температуре 658°. Цвет алюми¬
ния серебристо-белый, поэтому его первое время назы¬
вали «серебром из глины». Тогда алюминий был очень до¬
рогой, как серебро. Добывали его мало, несколько кило¬
граммов в год. С появлением депхвой электроэнергии,
получаемой на гидростанциях, были разработаны промыш¬
ленные способы получения алюминия, и производство его
резко возросло. В наш_й стране выпуск алюминия в боль¬
ших количествах начался после Великой Октябрьской
социалистической революции. Массовый выпуск его на¬
чался в 1932 году, когда был пущен Волховский алюми¬
ниевый завод. Сейчас алюминий и его сплавы широко при¬
меняются в машиностроении и по применяемости занимают
7 Л. П. Карпов
97

второе место после стали. Технический алюминий выпус¬
кается нескольких марок, например: Al, А2 и другие.
Алюминий применяется для злсктропроводников, для
посуды, фольги, сплавов и т. д.
Прочность алюминия небольшая (з,=6—15 кГ1мм2),
поэтому в конструкциях он применяется редко. Пластич¬
ность высокая (о=40%) и хорошая вязкость (ан=
= 14 кГм/см2). Алюминий обладает высокой теплопровод¬
ностью и электропроводностью, удельное электросопро¬
тивление р=0,027 оммм2/м. Алюминиевые листы, прутки,
трубы могут поставляться мягкими — с твердостью НВ 25
или твердыми нагартованными — с твердостью НВ 35. Отжи¬
гается алюминий для снятия наклепа при температуре
370-400°.
В качестве конструкционных материалов чаще исполь¬
зуются сплавы алюминия. Они обладают также небольшим
удельным вьсом, зато хорошей прочностью. Особенно это
важно в самолетостроении (фиг. 31). Сплавов алюминия
много. _Мы познакомимся с некоторыми из них.
ДУРАЛЮМИН
Это первый промышленный алюминиевый сплав, по¬
лученный в 1911 г. «Дуралюмин» значит твердый алюми¬
ний (от немецкого слова dur — твердый). В России в и< боль¬
ших колич(Ствах дуралюмин производился на Кольчу-
гинском заводе и назывался кольчугалюминий. В со¬
став дуралюмина, кроме алюминия, входят элементы: медь,
магний, марганец. Наиболее распространен дуралюмин
марки Д1. Из него изготовляют прутки, листы, трубы,
уголки.
В обозначении сплавов буква А означает лист, буква
М—мягкий, Т—твердый. Например, Д1АМ — дуралю¬
мин марки Д1 листовой отожженный.
Отжигается дуралюмин при температуре 340—370°,
твердость отожженного дуралюмина небольшая (НВ 45).
Самое прочное состояние дуралюмин имеет в закаленном
и состаренном состоянии. Температура нагрева для закал¬
ки должна быть непременно в интервале 490—510°. Вы¬
держка небольшая:	для	листов	толщиной	1	мм	всего
30—40 мин. Охлаждение в воде. После закалки сплав не¬
которое время остается мягким. Твердость возрастает по¬
степенно при выдерживании сплава на воздухе. Это назы-
98

7*
99

вается естественным старением. Максимальная прочность
достигается после четырех суток старения (зв=42 кГ/мм2),
при твердости до НВ 120.
СИЛУМИН
Силуминами называются сплавы алюминия с кремнием
(5—10%), обладающие хорошими литейными свойствами.
Из них отливаются сложные детали моторов и других ма¬
шин. К силуминам относятся сплавы АЛ2, AJI4, AJI9,
AJ111. Механические свойства этих сплавов несколько
ниже, чем у дуралюминов, но детали, отлитые из силуми¬
нов, дешевле. Силумины марок AJ14 и AJ19 могут упроч¬
няться при термообработке.
Наиболее распространен силумин марки AJ19, который
закаливается в теплой или горячей воде после нагрева при
температуре 530—540°. Выдержка в печи от 40 минут до
нескольких часов для получения наилучшЛ структуры.
Такая термообработка, обозначаемая Т4, применяется для
повышения пластичности и частично прочности. Закалка
с последующим старением при температуре 145—155°
в течение 1—3 час. (термообработка Т5) повышает проч¬
ность. Механические свойства силумина, т^рмообработан-
ного по режиму Т5: а„=20 . 25 кГ1мм2, 8-^2-^6%, твер¬
дость НВ—60—120.
МАГНИЙ
Магний — легкий металл светло-серого цвета с темпе¬
ратурой плавления 650°. Удельный вес 1.75 Г 1см3. Маг¬
ний малопроч. н и как конструкционный материал приме¬
няется р дко. Чаще применяются его сплавы. Они также
легки, но зато прочнее, предел их прочности ов=30 —
-Т35 кПмм2. Выпуска- тся несколько марок д формируе¬
мых сплавов (MAI, МА5 и другие) и литейных (MJI1, MJI5
и другие). Помимо магния, в состав этих сплавов входят
алюминий, цинк, марганец.
Магниевые сплавы подвергаются чаще всего термо¬
обработке Тб—закалке и искусственному старению. Ре¬
жим закалки литейных сплавов: нагрев до температуры
410—420°, выдержка 12—16 час., охлаждение на воздухе;
старение при температуре 175° в течение нескольких ча¬
сов. Нагревать магний и его сплавы необходимо в вакуум¬
100

ной печи или в печи с защитной атмосферой, не имеющей
воздуха. На воздухе нагретые магний и его сплавы сильно
окисляются и могут вспыхнуть.
Никель — серсбристо-б.лый металл с сильным блеском,
обладающий высокой коррозионной стойкостью. Поэтому
никель широко применяется для защиты стальных де¬
талей от коррозии (никелирование), хорошо обрабаты¬
вается давлением, из него изготовляют проволоку, хими¬
ческую аппаратуру, ламповые электроды, аккумуляторы.
Удельный вес никеля 8,9 Г 1см3, температура плавления
1455°, предел прочности до 90 кГ 1мм1, твердость отожжен¬
ного никеля НВ 80, деформированного НВ 200.
В отличие от других цветных металлов никель обладает
магнитными свойствами до температуры 360°.
Отжигается никель и его сплавы при температуре 700—
800°. Никель технический маркируется буквами НТ. Ни¬
келевые сплавы маркируются буквой Н и буквами леги¬
рующих элементов.
Основные сплавы никеля следующие.
Монель — сплав, хорошо сопротивляющийся корро¬
зии на воздухе, в растворах щелочей и некоторых кислот.
Сплавы сопротивления — нихром, ф. рронихром, Констан¬
тин, манганин. Эти сплавы имеют высокое электросопро¬
тивление и применяются для изготовления нагревателей.
Они имеют хорошие механические свойства, не ржавеют
и слабо окисляются даже при высоких температурах.
В табл. 8 указаны рекомендуемые температуры примене¬
ния ставов, а также их удельное электросопротивление
при комнатной температуре.
Таблица. 8
Применение сплавов с высоким электросопротивлением
НИКЕЛЬ
Сплав
Температура Удельное электро-
примеиеиня сопротивление
в °С» не выше	ом	мм2[м
Нихром ......
Ферронихром ....
Константин . .	.	.
Манганин
Медь (для сравнения)
1000—1200	1,15
800-1000	1,1
500	0,48
100	0,44
Не применяется	0,017
101

СВИНЕЦ И ОЛОВО
Эти два металла имеют некоторые общие свойства: низ¬
кую температуру плавления, низкую прочность и твер¬
дость, хорошую коррозионную стойкость.
Свинец — тяжелый металл с удельным весом 11,3 Г 1см3,
синевато-серого цвета, плавится он при 327° и имеет твер¬
дость всего лишь НВ А. Свинец марки СВ — особо чистый
металл, применяется для пластин аккумуляторов, марки
СО — применяется для матриц типографских машин,
марки С1 — идет на изготовление кислотостойкой аппара¬
туры, сплавов, охотнич .ей дроби и т. д. Пары свинца вредны
для человека, поэтому в настоящее время свинец по воз¬
можности заменяется другими материалами. А там, где
применяется свинец, необходимо соблюдать меры предосто¬
рожности: хорошо вентилировать помещение, не допускать
попадания свинца в организм, мыть руки перед едой.
Олово — блестящий серсбристо-белый металл. Удель¬
ный вес 7,3 Псм3, температура плавления 232°. Олово
очень пластично, из него прокатывают тонкую фольгу
толщиной в несколько микронов, применяемую в пище¬
вой промышленности для обертывания конфет и других
продуктов. Олово пр именяется для лужения металличе¬
ских изделий, консервных банок. Технические марки оло¬
ва: 01, 02, 03, 04. Олово так же, как и свинец, имеет низ¬
кую твердость: НВ 5.
Интересной особ'нностью олова является его болезнь —
«оловянная чума». При температуре ниже — 30°обычное бе¬
лое олово постепенно самопроизвольно рассыпается в се¬
рый порошок. Происходит это оттого, что при низких
температурах олово имеет другую кристаллическую ячей¬
ку. При изменении кристаллической ячейки резко изме¬
няется объем олова, возникают внутренние напряжения,
разрушающие металл.
Свинец и олово используются для изготовления спла¬
вов — баббитов и припоев. Баббиты применяются для
подшипников, они имеют низкий коэффициент трения
в паре со сталью. Оловянно-свинцовые припои применя¬
ются для пайки почти вс^х металлов. Маркируются они
буквами ПОС; например, ПОС-40 — это припой с темпера¬
турой плавления 183°, содержащий 40% олова, остальное
свинец. Эти припои называются мягкими и применяются
для пропайки герметичных соединений.
102

цинк
Цинк — металл серого цвета с сильным металличе¬
ским блеском. Удельный вес 7,1 Г /см3, температура плавле¬
ния 419°,5, твердость отожженного цинка 30 НВ, деформи¬
рованного 45 НВ. Применяется цинк для изготовления
деталей приборов, для гальванических элементов, для цин¬
кования металлов, производства сплавов. Технические
марки цинка обозначаются так: Ц1, Ц2 и т. д.
Отжигается цинк при 50—100°.
САМЫЙ ЛЕГКИЙ МЕТАЛЛ
Представьте себе бллый серебристый металл, плаваю¬
щий в воде, масле или даже в керосине. Металл этот почти
в два раза легче воды, удельный вес его всего лишь
0,53 Г/см3. Плавится он при температуре 186°, однако
кипит при 1370°. Металл легко режется ножом, твердость
его невозможно измерить: он мягче свинца. Этот металл
применяется в основном как добавка к сплавам. Сплав его
с бериллием чуть тяжелее воды, но достаточно прочен.
Сплавы этого металла применяются в медицине, фотогра¬
фии и т. д. Металл этот — литий.
БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Благородными называют металлы:	золото, серебро,
платину и Miталлы платиновой группы. Эти металлы очень
устойчивы против коррозии даже в кислотах. В этом в ос¬
новном и заключается их благородство. Применяются они
в чистом виде или чаще в виде сплавов с медью и другими
элементами в химической промышленности, фотографии,
для изготовления протезов зубов, в ювелирном производ¬
стве. Сплавы этих металлов подвергаются некоторым ви¬
дам термообработки.
Благородные металлы хорошо проводят тепло и элек¬
тричество. Содержание благородного металла определя¬
ется пробой. Проба показывает, сколько частей простого
металла в 1000 весовых частях сплава.
Золото — металл желтого цвета, ковкий и пластичный,
удельный вес 19,3 Г/см3, температура плавления 1063°,
твердость НВ 18. Золото растворяется только в одной кис¬
лоте — селеновой и в емгеи кислот азотной и соляной. Вы¬
пускается золото следующих проб: 999,9 и 999.
103

Серебро — б?лый, ковкий и пластичный металл, удель¬
ный в«.с 10,5 Г1см3, температура плавления 961 , твердость
НВ 25. Серебро — лучший проводник тепла и электричества,
его удельное электросопротивление р=0,0159 омммУм. Сереб¬
ро часто используется для покрытия металлов — сер. брения.
Выпускается серебро следующих проб: 999,9 и 999.
Платина — тугоплавкий Металл с температурой плав¬
ления 1774’, не растворим ни в чем, кроме смеси кислот
азотной и соляной. Твердость НВ 25. Платина — один из
самых тяжелых металлов: его удельный вес 21,5 Г1см3.
КРЫЛАТЫЕ МЕТАЛЛЫ
Стремительное развитие авиации и ракетной техники
требует все ковых и новых металлов с высокими свойст¬
вами. Задача теперь ставится так: обеспечить прочность
и работоспособность всех частей летательного аппарата не
только в атмосфере Земли, но и за ее пределами, в межпла¬
нетном пространстве.
Какогы особенности условий космического полета? На
металл космического корабля в полете, на разных его ста¬
диях, действуют разреженное пространство, метеоритный
дождь, высокая температура и резкие колебания темпе¬
ратур, сверхбыстрые ядерные частицы — космическая
пыль. В таких тяжелых условиях не могут работать ни
обычная сталь, ни сплавы алюминия и магния, хотя эти
металлы на Земле нас вполне устраивают. Сейчас уже
осваиваются несколько так называемых «крылатых» ме¬
таллов. Основные из них:титан, бериллий, ниобий, тантал,
молибден, вольфрам. Все эти металлы и их сплавы имеют
свойства, необходимые для космического корабля: высо¬
кую жаропрочность и тугоплавкость, высокую коррозион¬
ную стойкость и пластичность. Сплавы этих металлов под¬
вергаются соответствующей термообработке. Цвет этих
металлов блестящий, серебристо-белый. Самый легкий из
них титан и его сплавы, удельный вес их 4,5 Г/см3. Воль¬
фрам является самым прочным тугоплавким металлом. Тем¬
пературы плавления и допустимые температуры приме¬
нения этих металлов указаны в табл. 9.
Эра космических и межпланетных полетов уже открыта.
12 февраля 1961 г. с борта советского тяжеловесного спут¬
ника 3-мли успешно стартовала управляемая ракета и
взяла курс на Венеру.
104

Таблица 9
Применение тугоплавких металлов
Металл
Температура
плавления
в °С
Температура жаро¬
прочности в °С,
не более
Титан
1720
400
Бериллий
1280
650
Ниобий
2420
1400
Молибден
2625
около 1900
Тантал ...
2850
1900
Вольфрам
3400
1900 и более
12 апреля того же года советский летчик майор Юрий
Алексеевич Гагарин на корабле-спутнике «Восток» впер¬
вые пролетел вокруг З^мли и успешно приземлился в за¬
данном районе Советского Союза. Пройдет совсем немного
времени, и в небе будут летать белокрылые межпланетные
птицы, управляемые человеком.
6 5 7
LjL
^чччччулхчччт;
у/Г\| ЛЛЛЛЛЛАЛ^Ч^ЧА/ \
г Г\|	^
7	\гФл
Фиг, 32. Автоматический поточный агрегат для закалки и отпуска
стальных деталей:
/— закалочная печь; 2 — деталь, 5, 6> 7—конвейеры; 4 — закалочный бак;
5 — отпускная печь.
Упражнение 29. Цветные металлы
немагнитны
Подготовьте по одному образцу из стали У7, меди,
алюминия и других цветных металлов. Проверьте,
как цветные Металлы взаимодействуют с постоянным
магнитом, притягиваются ли. Отдельно опыт проде¬
лайте с никелем и кобальтом.
105

Упражнение 30. Цветные металлы после закалки
мягкие
Подготовьте по одному образцу из отожженных
прутков бериллиевой бронзы, дуралюмина и из от¬
ливки силумина. Определите твердость образцов.
Закалите каждый образец и сразу определите твер¬
дость. Спустя не менее суток, снова определите твер¬
дость образцов и сравните показания. Затем прове¬
дите искусственное старение образцов из бэриллие-
вой бронзы и силумина, определите твердость. То
же самое можно проделать с листами бериллиевой
бронзы и дуралюмина.
Упражнение 31. Учись паять
Подготовьте сплав мягкого припоя, содержащего
62% олова и 38% свинца. Определите температуру
плавления сплава. Полученный припой используйте
для пайки металлических соединений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ШКОЛА И ПРОИЗВОДСТВО
Кому из вас, ребята, не хочется побывать на современ¬
ном заводе? А приходилось ли вам видеть, как там рабо¬
тают термисты? Интересная у них специальность! Зака¬
ливаются не только мелкие детали, но и громоздкие, весом
по нескольку тонн. Конечно, для этого там есть огромные
нагревательные печи и закалочные баки с водой или мас¬
лом. Перемещаются тяжелые детали механизмами.
Представьте себе такую картину. Дверца огромной тер¬
мической печи, пышущей жаром, поднимается кверху,
из печи выкатывается платформа с разогретыми докрасна
заготовками весом по нескольку тонн. Мостовой кран под¬
хватывает заготовки и погружает в шипящую воду —
это закалка. На производстве есть и целые поточные линии
(фиг. 32). Здесь детали автоматически перемещаются в пе¬
чах и закалочных баках. Термист только задает режимы
и следит за работой автоматов и механизмов.
Сложными бывают порой режимы термообработки. Ведь
нужно закалить детали без деформации, без трещин и
обеспечить определенные свойства. Мы рассмотрели да¬
леко не все виды термообработки, их много: цементация,
цианирование, азотирование и др. Все эти операции при¬
дают деталям необходимые свойства.
На заводах имеются целые термические цехи с коллек¬
тивами термистов. Рабочие термисты, или, как их часто
называют, калильщики, производят термообработку де¬
талей. Работу организует мастер участка. Режимы термо¬
обработки назначает технолог. Механические и другие
свойства, а также структуру металлов определяют метал¬
ловеды заводской металлографической лаборатории. Ра¬
107

бочий или инженер, мастер или технолог — каждый дол¬
жен хорошо изучить свою специальность. Рабочие обыч¬
но проходят производственное обучение в цехе. Техники
и инженеры получают специальное образование в соот¬
ветствующих техникумах, институтах или университетах.
Термисту нужны разнообразные знания по физике,
математике, электротехнике, химии. Основы этих знаний
учащиеся должны усвоить еще в школе. Тогда те из вас,
кто захочет быть термистом, быстрее и легче освоят эту
интересную специальность.
Конечно, в маленькой книге невозможно рассказать
о всех материалах и видах термической обработки. Однако
если вы, ребята, прочли эту книгу и работали в уголке
термиста, то вам уже знакома закалка и термические
печи. Вы узнали и запомнили на всю жизнь, для чего нуж¬
на высокая твердость резцу, если вы его сами закалили и
работали им на станке. Где бы вы ни работали, вам
всюду встретятся металлы. Чем ближе вы с ними позна¬
комитесь в школе, тем приятнее будет вам встречаться с
ними на производстве. Ваша работа будет понятной, ра¬
достной и плодотворной.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Захаров Б. П. Термист. Изд. 4-е, Москва — Свердловск, Маш-
гиз, 1961, 318 с.
Книга предназначена для рабочих термических цехов и учащихся
ремесленных и технических училищ. Книга богато иллюстрирована,
содержит описание основ термообработки, режимов термообработки
различных деталей из «тали, чугуна и цветных металлов.
2. Каменичный И. С. Краткий справочник термиста. Изд. 2-е,
исп. и доп., Москва — Киев, Машгиз, 1959, 224 с.
Справочник предназначен для рабочих и бригадиров термических
цехов и содержит основные сведения по режимам термообработки
и ковки стали, цветных металлов, а также по термообработке чугуна.
3. Смирягин А. П. Промышленные цветные металлы и сплавы-
Изд. 2-е, Металлургиздат, 1956.
Книга предназначена для инженерно-технических работников. В ней
имеются данные о составе и марках цветных металлов и сплавов,
а также описаны свойства этих металлов и режимы их термообработки,
лип. я и ковки.
4. Краткий политехнический словарь, 1956.
В справочнике в алфавитном порядке объяснены различные техни¬
ческие термины, в том числе термины по термической обработке,
а также приводятся данные о всех простых металлах и их сплавах.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение  	    3
Немного истории .			 ...	5
Первые металлы	   5
Тайну раскрыл русский инженер	 7
Наука о металлах	.-	  8
Оборудование для термообработки	12
Камерные печи	   12
Печь для отпуска .  	19
Соляная ванна	  20
Нагрей в муфелях	21
Чем закаливать и в чем	23
Береги себя и товарищей	25
Уголок термиста	27
Упражнения	27
Как производится термообработка . .	.  	 .29
Нагрев	  30
Выдержка	 32
Охлаждение	 .32
Упражнения	    33
Металлы и их структура ....			 .	.	36
Познакомимся со структурой	 .	 38
Применение микроскопа	  40
Подготовка микрошлифа  	  42
Как увидеть микроструктуру 	43
Свойства металлов  	 50
Физические свойства	51
Механические свойства	 52
Прочность 	  . 53
Упругость 	 .	•	 56
Пластичность	   ■	57
Вязкость 	  59
Особо о твердости	 61
110

Твердомер ТК .	.	....	   .	62
Твердомер ТШ	 64
Технологические свойства	68
Закаливаемость 	 68
Прокаливаемость	!	68
Химические свойства	69
Черные металлы	    71
Конструкционные стали	  71
Марки сталей	.'	. 71
Закалка	 73
Отпуск  	74
Отжиг и нормализация	  .	76
Структура конструкционной стали	 ....	76
Специальные стали	 76
Инструментальные стали	!	78
Виды термообработки	 .80
Быстрорежущие стали	 .	81
Полезно знать о сталях	 1	83
Как получить высокую твердость	83
Как избежать трещин		 . . ' ! 83
Не допускайте деформации	84
Как закалить часть детали!	.	84
Попробуй отрихтовать	.	'	84
Проба на искру	!	85
Применение сталей	[	86
Чугуны 	89
Серый чугун	 90
Белый чугун	  !	90
Ковкий чугун	!'!...	.... 91
Высокопрочный чугун	 91
Легированный чугун ....	  91
Термическая обработка чугуна	91
Цветные металлы	;	 д4
Медь . .	  94
Латуни  	*	...	95
Бронзы 	 ]	95
Припои  	 97
Алюминий	 97
Дуралюмин	 да
Силумин	 '	100
Магний  	100
Никель  	101
Свинец и олово	'	102
Ц™к	103
Самый легкий металл  	 ЮЗ
Благородные металлы	  .	ЮЗ
Крылатые металлы ...	 !...'!	104
Заключение  	 Ю7
Рекомендуемая литература	 109

Леонид Павлович Карпов
ТЕРМИСТ В ШКОЛЕ
(пособие для средних шксл)
Москва — Свердловск, Машгнз, 1963.
112 стр. с илл. + 1 цветная вклейка
6П4.51
К-21
Оформление М. И. Гарипова
Технический редактор Н. А. Дугина
Корректоры Н.С. Невоструеваь
В. П. Горячева
*
НС22500 Сдано в производство I7/VIII 1962 г.
Подписано к печати 18/Х 11 1962 г. Печ. л.
5.74-J-I вкл. Уч.-изд. л. 5,9. Бум. л. 1,75*
<1 ормат 84 < 108 /4*.	Тираж 10000
Индекс 1-5-3-2Д. ^Заказ 675. Цена 22 коп.
*
Типография нзд-ва «Уральский рабочий»,
г. Свердловск, проспект Ленина, 49