При какой температуре сталь теряет магнитные свойства при

Короткое введение—————— Перевод с английского

Пару лет назад, я занялся ковкой клинков. Под руку естественно попались
рессоры, пружины, подшипники, напильники и т.п. , т.е. изделия выполненные из
углеродистой стали. И я перековывал орала на мечи 🙂 Кидал их в самодельный
горн, придавал им форму клинка, далее наждак …, ну думаю все с этим знакомы.
Но результат был печальным. При закалке клинуи вело волной. Десятка два, почти
готовых клинков разломанные буквально пальцами валялись в коробке кучкой
обломков. На изломе они имели крупное зерно, видимое невооруженным взглядом.

Я искал причину моей неудачии не где не мог найти точного ответа. Учебники
И справочники по металлургии подавляли килограммами своих сведений и
академичностью. Там что-то говорили про нармализацию, отжиг, приводили кучу
цифр, а я не маг понять, что, как, в какой последовательности делать. Пытался
на конференциях задавать вопросы, но видимо мастера не горели желанием делится
своими проф. Секретами и отвечали весьма уклончиво типа: “Правильная сталь,
грамотная закалка, не в домашних условиях” и т.п. ничего не значащие фразы. А
если что-то и говорили то опять же: “Нагреть до светло-вишневого цвета, обратить
внимание на цвет искры …”

Дела мои были плохи, пока я не наткнулся в Интернете на статью замечательно
мужика, которого зовут Max Burnett. Прочитав ее у меня все стало получатся, а
статья стала своеобразной библией. Есть же люди на свете!

Частенько в Инете я встречаю людей, которые хотят выковать, именно полностью
С нуля изготовит свой первый клинок. Именно им посвящается мой несколько вольный
перевод. Извиняюсь, если что не так.
————————————

Heat Treating
by Max Burnett
–
Закалка клинков из рессор и подшипников
Написано Максимом Пережогиным (Max Burnett) 🙂

Это всего на всего введение, что бы помочь понять загадку, емкого выражения
как закалка стали. Я также скажу, какие шаги вам нужно будет сделать перед тем
как вы будете непосредственно закаливать сталь.

Я упомяну только основные принципы в легко понимаемой форме, но это очень
важно, что бы вы поняли, что происходит в куске стали с каким вы работаете. А
так же что бы знали наиболее важные термины с какими вам придется встретится при
чтении.

Сталь, которую я буду использовать в данном описании, низко легированная
углеродистая сталь; 1084 (углерод-84-.90 , марганец – .72-.90). Есть несколько
причин почему это хорошая сталь для ковки лезвий, и первое слово это:
Эвтектоидная. Умные головы металлургии произносят эта так: Эвтектоид, или точка
баланса содержания углерод/сталь; 0.85% углерода. Все это означает для меня и
для вас, что нет причин использовать сталь с большим содержанием углерода для
лезвия ножа, если вы не имеете дело спец. сталями, типа высоколегированных, или
высокоуглеродистыми сталями. (О них другой разговор) Более высокое содержание
углерода отнесет сталь к классу “заэвтетоидных”. Более низкое содержание,
естественно, к “доэвтетоидным”. Но, достаточно об этом.

Если вы ничего и не вынесите из этой статьи, то хотя бы, запомните крепко-
накрепко следующее: Не доверяйте вашим глазам что бы определить, когда сталь
готова для нормализации, отжига, или закалки. Вы просто напросто не получите
хороших, стабильных результатов. Используйте обычный магнит, чтобы определять,
когда сталь переходит в немагнитное состояние.

А сейчас, очень важно узнать, почему сталь магнитится по разному, в процессе
нагрева/охлаждения. Когда вы подогреваете ваше лезвие в горне, сталь нагревается
все сильнее и сильнее, и меняет цвет от едва заметного, до ярко красного
непонятно какой температуры. Когда идет нагрев, ваш магнит не солгет вам. А вот
когда идет охлаждение, сталь будет оставаться немагнитной
достаточно продолжительное время. Вообще-то, извиняюсь, я забежал вперед, через
минуту вы все узн

Еще со времен Гильберта было известно, что железо и сталь теряют свои магнитные свойства, будучи нагреты до светло-красного каления. Они при этом перестают намагничиваться и не притягиваются магнитом, но при охлаждении восстанавливают свои обычные качества. То же происходит при несколько более высокой температуре с кобальтом и при более низкой — с никкелем. Вообще говоря, переход от магнитного состояния к немагнитному происхо­дит очень быстро, как только температура тела достигает опреде­ленного предела.

В виде примера приведем данные, которые былиполучены: Гопкинсоном во время одного опыта с куском кованого железа. Когда этот материал был подвергнут действию слабого магнитного поля (H=0,3 эрстеда), его магнитная проницаемость непрерывно возрастала с повышением температуры сначала медленно, затем все быстрее и быстрее и так далее, до предельной температуры, которая в описываемом случае оказалась равной 775° С. При этой температуре магнитная проницаемость во много раз больше, чем в случае холодного железа. При дальнейшем нагревании последовала чрезвычайно быстрая потеря магнитных свойств: когда температура поднялась всего только на 11°, т. е. до 786°С, железо сделалось практически немагнитным. Его магнитная проницаемость стала равной 1,1, между тем как при 775°С проницаемость имела значение около 11000. На рисунке 89) представлена графически зависимость m от температуры в данном случае, т. е. при H=0,3 эрстеда.

Здесь весьма отчетливо видно, насколько внезапно магнитная проницаемость данного образца железа падает при приближении температуры его к 786°С. Когда материал был подвергнут дей­ствию сравнительно более сильного поля, переход от магнитного состояния к немагнитному совершался более плавно, но потеря

магнитных свойств столь же полная, и происходит это при той же температуре, что и раньше. Гопкинсон назвал ее критиче­ской температурой. На рисунках 90 и 91 представлена зави­симость mот температуры при

H=4 эрстедам,

H=45 эрстедам,

для того же сорта железа, к которому относится и рисунок 89. В случае H=4 эрстедам, по мере повышения температуры еще наблюдается некоторый подъем m, и это продолжается приблизительно до 650°. Затем mдовольно быстро падает. В случае же Н=45 эрстедам, повышения m по мере повышения температуры совсем не наблюдается. В пределах от 0 до 500°С магнитная про­ницаемость практически сохраняется неизменною, а при дальнейшем нагревании начинает медленно падать и сравнительно медленно же падает до предельного значения m=1,1 при температуре в 786° С. Критическая температура различных сортов железа и стали колеблется, как показали исследования, в пределах от 690° до 870°С. У кобальта критическая температура равна приблизительно 1000°, у никкеля —около 310°С.

Из приведенных на рисунках 89, 90 и 91 кривых ясно, что в пре­делах нормальных рабочих температур, встречающихся в обычной электротехнической практике, изменение магнитных свойств железа и стали в зависимости от нагревания настолько ничтожно, что при всякого рода расчетах им можно пренебречь.

На рисунке 92 приведены еще характерные кривые, предста­вляющие результаты наблюдений Гопкинсона над ходом намаг­ничения железа при разных температурах.

Здесь кривая I дает зависимость В от Н при температуре в 10°. Кривая 11 дает ту же зависимость при температуре в 670°. Кривая III построена для

температуры около 742°, и, наконец, кривая IV — для температуры около 771°. На рисунке 93 представлены начальные части этих кривых.

Здесь масштаб Н взят нарочно большим, чтобы наглядно показать относительное расположение кривых и их пересечение. Обозначения кривых те же, что и на рисунке 92.

Из всех приведенных кривых отчетливо видно, что чем слабее магнитное поле, воздействующее на железо, тем большее значение имеет повышение температуры в смысле достижения высших степеней намагничения. В этом отношении мы имеем полную ана­логию с влиянием сотрясений на магнитные свойства ферромаг­нитных материалов (см. § 39). В данном случае гипотеза элементарных магнитов дает возможность высказать предположение, что с повышением температуры устойчивость отдельных групп магни­тиков должна уменьшаться, так как при этом возрастает общая подвижность всех молекул тела. Надо полагать, что при прибли­жении к критической температуре эта подвижность настолько уже велика, что достаточно небольших добавочных воздействий со стороны слабой намагничивающей силы для того, чтобы нарушить исходные группировки молекулярных магнитиков и ориентировать ихв направлении поля.

Есть много данных в пользу того предположения, что при пере­ходе через критическую температуру железо я другие магнитные материалы вообще претерпевают какое-то резкое изменение в своих свойствах. Так, при переходе через критическую температуру резко меняются термо-электрические свойства, а также электрическое сопротивление материала. Далее, железо и сталь, предварительно нагретые выше критической температуры, при остывании темнеют до достижения этой температуры и затем внезапно вспыхивают, проходя через нее. Это последнее явление, открытое Барретом. было им названо рекалесценцией. Выяснилось, что температура рекалесценции как раз и есть температура критическая в магнитном отношении. Совре­менная металлургия в полной мере выяснила сущность того, что про­исходит с железом и другими подобными ма­териалами при переходе через критическую тем­пературу. Именно, при этом происходит очень быстрое изменение мо­лекулярного строения вещества, связанное с превращением одной мо­дификации его (магнит­ной) в другую (немаг­нитную).

Кроме тех изменений магнитных качеств же­леза, которые обнару­живаются немедленно при повышении температуры его, на практике приходится встречаться еще с одним явлением, которое также повидимому обусловливается нагреванием. Речь идет о так называемом старении железа. Этот про­цесс протекает очень медленно при сравнительно низких температурах и выражается между прочим в изменении потерь на гистерезис, которые обычно возрастают с течением времени. Такое возрастание потерь на гисте-

резис в прежнее время нередко наблюдалось при работе транс­форматоров переменного тока, для изготовления которых приме­нялось простое железо. Есть основание полагать, что в данном слу­чае мы имеем дело с медленным изменением молекулярного строе­ния железа. Опыт показывает, что процесс старения ускоряется при нагревании. В частности при температурах порядка 150°—200° процесс этот протекает в несколько дней, в то время как при температурах порядка 50° он протекает годы, прежде чем железо придет в некоторое установившееся состояние. В связи с тем, что явление впервые было наблюдено в трансформаторах, сначала высказывалось предположение, что возрастание потерь нагистерезис представляет собою результат некоторой усталости материала, происходящей вследствие непрерывного перемагничивания, подобно усталости упругого тела, подверженного повторным механическим напряжениям. Юинг, однако, показал, что переменное намагниче­ние само по себе не производит никакого действия. Мордей выяснил совершенно определенно, что возрастание потерь на гисте­резис происходит исключительно благодаря длительному нагрева­нию материала. Это было затем подтверждено исследованием Роджета. Для иллюстрации сказанного выше о старении железа приведены на рисунке 94 кривые гистерезиса, полученные Роджетомдля некоторого сорта железа при

Bmax=4000 гауссов.

Здесь изображены три цикла. Первый характеризует железо в начальной стадии, т. е. до нагревания. Второй — через 19 часов нагревания при 200°. Третий цикл характеризует материал после нагревания при той же температуре в течение 4 дней. За это время был пройден максимум потерь на гистерезис.

В настоящее время в области электрического машиностроения и аппаратостроения вопрос о старении железа потерял свою остроту, благодаря тому, что удалось получить сплавы железа, обладающие весьма устойчивыми магнитными качествами (например, кремнистое железо).