Закаливание. — Закалкою называется быстрое охлаждение тела, нагретого до высокой температуры, если при этом охлаждении происходит изменение физических свойств, как, наприм., твердости, вязкости, упругости и т. п. Различные тела проявляют при своей закалке свойственные им особенности; так, наприм., сера, нагретая до 230° Ц. (т. е. гораздо выше точки ее плавления — 114°) и вылитая в воду, делается мягкою и пластичною; она становится хрупкою, как обыкновенная сера, только по прошествии некоторого времени. Жидкое стекло, влитое каплями в воду, образует так называемые батавские слезки, у которых нарушение связи между двумя какими-нибудь частицами влечет за собою разрушение связи во всей массе. Медь и ее сплавы от закалки делаются более мягкими (от механической же обработки — ковкою, прокаткою и протяжкою — медь и сплавы делаются тверже). Железо чистое (например в виде очень мягкой проволоки, применяемой для завязки шампанских пробок), т. е. почти не содержащее в себе ни углерода, ни кремния, З. не принимает вовсе, железо же, содержащее углерод, особенно литое, даже с содержанием 0,3% делается от закалки более твердым; твердость эта возрастает вместе с увеличением содержания углерода, с увеличением температуры нагрева и с понижением температуры охладителя. Зависимость между температурою нагрева металла до погружения его в охладитель и твердостью, получающеюся после закалки, лучше всего видно из следующего опыта Миткальфа. Он брал полосу инструментальной стали и посредством довольно глубоких нарезов делил ее на 8 частей; затем нагревал ее так, что конец № 1 раскалялся до ярко-белого нагрева (ок. 1400°), 2 — нагревался только добела (1250°), № 3 — получал ярко-желтый цвет (1100°), 4 — казался оранжевым (1000°), № 5 — имел ярко-вишневый цвет (850°), № 6 — темно-вишневый (700°), 7 — клюквенный (600°) и, наконец, 8 — достигал только температуры темного нагрева или свечения в темноте (500°). После погружения полосы в воду до полного охлаждения получилось: № 1 — не принимал впечатления напилка, был хрупок, как стекло или кварц, и резал стекло; 2 — очень тверд и почти так же хрупок, как и № 1; в №№ 3, 4 и 5 постепенно уменьшалась твердость, а с нею и хрупкость, причем каждый последующий был более вязок и прочен, чем предыдущий, так что № 5 вместе со следующим № 6 годны уже для обыкновенных инструментов, а № 7 для метчиков; № 8 оказался совершенно таким же незакаленным, как и не нагретая часть полосы. Так как при З. стали получается возможность готовить инструменты для механической обработки, как то — топоры, пилы, долота и т. п., придавать оружию упругость и твердость, то явление З. наблюдали и изучали с самых ранних времен цивилизации. Из опыта известно, что чем сталь однороднее и выше по содержанию углерода, тем она более способна держать острие; так, булат индийский или дамасский в этом отношении превосходит лучшую бритвенную и инструментальную английскую сталь, точно так же как эта последняя стоит гораздо выше кос, приготовляемых из выварного уклада (сталь, получаемая в кричных горнах, — см. Булат и Горны). К серьезному изучению явления Реомюр обратился первым; до него существовала теория Перрета, которая допускала, что в стали существует особая жидкость вроде магнитной, которая и производит явление большей твердости. Наиболее подробно явление З. исследовал Карстен, который сравнивал происходящие при этом изменения в стали с изменением, претерпеваемым чугуном при его быстром охлаждении, а именно серый чугун от З. делается белым, твердым, причем весь углерод его (не оставляя графита) переходит в раствор в азотной кислоте, давая желто-бурое окрашивание. Карстен принимал, что при З. стали происходит химическое изменение, состоящее в том, что углерод из графитовидного состояния, присущего незакаленной стали, при быстром охлаждении переходит в химически соединенный с железом. Но так как из опыта известно, что частицы быстро охлаждаемого чугуна принимают положение, перпендикулярное охлаждающим поверхностям, причем в изломе квадратного бруска ясно виден крест, то очевидно, что такое же механическое перегруппирование при З. должна получать и сталь, утолщаясь в диаметре и сокращаясь в длине, и действительно, Карон показал, что после 10-кратной З. стальная полоса в 100 мм длиною и 30 мм диаметром укорачивается на 1/28 своей длины.
Из опытов Гатфильда над сталью с большим содержанием марганца оказывается, что металл даже с 1,19 углерода при 5% марганца приобретает относительно закалки обратные свойства, а именно нагретый выше красного каления и быстро погруженный в воду, он вместо того, чтобы сделаться более твердым, подобно бронзе, делается более мягким. Из приведенного выше опыта Миткальфа видно, что сталь способна принимать закалку только при нагреве выше 500°. По исследованиям Чернова, температура эта (по графическому изображению называется точкою в) должна быть около 600°, а по новым исследованиям найдено, что З. лежит очень близко к точке сжатия Гора и самораскаливания Барета (см. Железо) и весьма близко к температуре, когда железо перестает притягиваться магнитом. Самым активным охладителем является ртуть: при равенстве всех прочих условий (т. е. по содержанию углерода и по степени нагрева) сталь в ней закаливается до наибольшей твердости. За нею следует вода, но при этом закаливаемый предмет должно водить в ванне, иначе пары воды, образуя дурно проводящую оболочку около металла, будут мешать закалке и изделие, несмотря на твердость сорта стали и на должную степень его нагрева, получится из закалки более мягким, чем следует; напр. сталь с содержанием в 1% углерода получится такой твердости, как будто в ней имеется всего 0,75% и даже менее. На практике при кузнечных и слесарных работах обыкновенным охладителем служит вода, для изменения же ее теплопроводности в нее обыкновенно прибавляют какую-нибудь примесь, чаще всего сельдяной рассол, нашатырь, соду, поваренную соль и т. п. Вторым довольно часто употребляемым охладителем служит масло; оно дает более мягкую закалку и употребляется особенно часто в тех случаях, когда предмет имеет быстрые переходы из толстых частей в тонкие. Подобные изделия, если их закаливать в воде, легко дают трещины (рвотины), и вещь будет испорчена.
Всякая сталь, принимающая закалку, обладает замечательным свойством: от нагревания делаться более мягкою. Такое явление называется отжигом или отпуском. Чем нагрев сильнее, тем и металл получается мягче. При этом серебристо-белый цвет закаленной стали является более серым, и напилок перестает скользить по поверхности; даже слабого нагрева достаточно, чтобы изменить высоту звука, который дает подпилок при пробе. После отжига сталь теряет в хрупкости и приобретает в упругости. Для получения хорошего результата степень нагрева частей предмета должна согласоваться с их толщиною и формою. При отпуске стали наблюдается чрезвычайно характерное явление — образование побежалых цветов, причем каждый цвет соответствует известной температуре и указывает на остающуюся степень твердости, которую и желательно иметь в том или другом изделии. До какой степени сталь чувствительна к закалке и к отжигу — это лучше всего видно из следующей таблицы:
| Явления при закалке в масле | Появление паров масла |
Сильное отделение паров |
Пары черного цвета |
Пары загораются, но гаснут |
Пары горят, не погасая | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Побежалые цвета отпуска | Желтый | Бурый | пурпу- ровый |
фиоле- товый |
Синий | Серовато- фиолетовый | |||
| светло | темно | желто | красно | темно | светло | ||||
| Соответствующие градусы Ц. | 225 | 240 | 250 | 265 | 275 | 285 | 290 | 315 | 330 |
| Название металлов с соответствующей точкой плавления |
олово | висмут | свинец | ||||||
| Для каких изделий употребляется | для лан- цетов |
для бритв и перочинн. ножей |
ножи для резания металла |
топоры и струги |
для столовых ножей и ножниц |
для ручного оружия |
для пружин |
для тонких пил |
пилы, ната- чиваемые напиль- ником |
Таким образом, соломенно-железный цвет соответствует наиболее твердой закалке, а синий отжиг — наиболее слабой. За синим отпуском цвета повторяются опять в том же порядке, но с гораздо меньшею ясностью и легко переходят один в другой. Как пример, до какой степени техника овладела возможностью комбинировать твердость с вязкостью и упругостью, лучше всего служат современные стальные артиллерийские снаряды, которые должны обладать твердостью, необходимою для бронепробивательной способности, и в то же самое время должны быть настолько упруги, чтобы при ударе в плиту вовсе не деформироваться. Хорошим снарядом называется такой, который при 12 дюймах диаметра и 36 дюйм. длины углубляется при ударе в броню по крайней мере 2/3 своей длины и затем упругостью металла плиты выбрасывается из нее совершенно в цельном виде, не давая ни малейших трещин и почти без изменения в своих размерах. У такого снаряда коническая головная часть закаливается так твердо, что ее не берет даже наждачный круг, тогда как нижняя часть (донце) и внутренние слои цилиндрической части легко обрабатываются напилком. Все искусство при изготовлении таких снарядов состоит в том, чтобы частицы сильно закаленные имели последовательную связь с частицами мягкими. Отпуск стали действует обратно закалке: результатом этой последней являются натяжения в строении металла, излом чугунного бруска, отпуск же уменьшает и даже уничтожает их вовсе. Практика показывает, что отпуск, не доведенный до полного отжига, т. е. до температуры выше 600°, сообщает металлу упругость — качество, которое ищут в стали и которым даже определяют добротность ее. Далее, в статье о стали, будет указано, каким образом при посредстве испытаний брусков растягиванием определяются 3 главнейших свойства металла: предел упругости, разрывное усилие и удлинение (вязкость, тягучесть). Все части стальных орудий подвергаются закалке и отжигу, для чего на пушечных заводах имеются печи глубиною до 70 фт. и соответствующие им баки с маслом емкостью до 500 бочек; все эти устройства с подъемными кранами, способными поднимать и переносить с места на место для закалки и отжига тяжести в 1000 пуд., стоят, напр. на Обуховском зав., до 600 т. руб. Обыкновенный прием, употребляемый при работе кузнецами и слесарями, почти всегда состоит из одновременной закалки и отпуска, для чего они обрабатываемый ковкою предмет по придании ему требуемого вида, нагретый до 800° (смотря по величине предмета и твердости стали), погружают секунд на 20 в воду (это — закалка); при этом внутренние частицы металла еще сохраняют температуру выше 350°. Сняв по возможности быстро напилком где-нибудь на конце окалину (если она сама не отскочит дочиста), наблюдают появление тех известных окрашиваний, которые характеризуют собой известную твердость (это — отпуск, см. выше таблицу). Уловя тот момент, когда сталь дошла до требуемого охлаждения, быстро погружают ее в воду; для того, чтобы не получилось мягкой закалки, предмет все время приводится в соприкосновение с холодными частицами воды; это — последняя стадия работы, закрепление закалки.
Относительно закалки стали заметим еще следующее. Способность стали закаливаться дает возможность приготовлять из нее разнообразные режущие и пилящие приборы и разные другие инструменты; так как имеется возможность придавать стали в ее мягком состоянии различные формы напилком, кованием и тому подобными способами, и изготовленный таким образом прибор или инструмент закаливают, полируют, натачивают и т. д. Способ и температура закаливания стали и следующего за ним отпускания определяют ее твердость и др. свойства, причем практика выработала целый ряд приемов и средств, дающих возможность получать инструменты с тою или другою степенью закалки в зависимости от того сопротивления, которое инструменту приходится преодолевать при работе.
Практическая температура закалки заключается между 700 и 800° Ц., что соответствует темно— или светло-вишнево-красному калению; при более богатом содержании углерода наивыгоднейшая температура закалки приближается к более низкому пределу, а при меньшем содержании углерода — нагревание должно быть более сильное. От быстрого охлаждения нагретой стали наружные слои, непосредственно прикасающиеся к охлаждающей жидкости, сжимаются всего более и производят сильное давление на внутренние, более теплые слои, а эти последние вследствие противодействия надавливают на наружные, при этом напряжения между частицами получаются тем значительнее, чем выше разница между температурами наружных и внутренних слоев, т. е. чем объемистее кусок стали, подвергающийся закалке. Если этот последний обладает еще неодинаковым поперечным сечением в различных своих частях, тогда напряжения достигают значительной величины, так как более тонкие части охлаждаются раньше и не могут поддаваться тем сокращениям и изменениям, которым подвергаются более толстые, позже охлаждающиеся части. При несоблюдении соответствующих предосторожностей указанные напряжения достигают такой величины, что наружные слои от давления внутренних разрываются и инструмент получает вредные трещины, что случается нередко, в особенности при употреблении твердых сортов стали. При быстром остывании сталь, нагретая до вишнево-красного каления, не успевает сжиматься до первоначального объема, и поэтому закаленная сталь имеет при несколько уменьшенном удельном весе увеличенный объем. Изменение объема получается тем значительнее, чем больше углерода содержится в стали и чем выше температура, до которой сталь была нагрета до закалки. Замечательно, однако, следующее явление. При закалке круглой, квадратной и вообще брусковой стали происходит увеличение размеров поперечного сечения, т. е. ширины и толщины ее, между тем как длина стали не только не увеличивается, но даже уменьшается. Явление это замечено было сначала Кароном, а затем подтверждено было опытами Кохера, которому удалось посредством многократных З. укоротить целую партию стальных осей из мягкой стали на 3 мм. Подтверждением этому служит то обстоятельство, что стальное кольцо после закалки становится уже. Этим пользуются, между прочим, при фабрикации патронных гильз для уменьшения внутреннего диаметра разработавшихся матриц. От долгого употребления матрица становится заметно шире, и тогда приходится отпустить и затем снова закалить ее, чтобы диаметр отверстия принял первоначальный размер. При хорошей стали и при умелом обращении операцию эту можно повторить до 20 раз и более, и все время получают уменьшение диаметра отверстия. В листовой стали при закалке уменьшаются длина и ширина, т. е. укорочение происходит по обоим большим размерам, толщина же настолько увеличивается, что общий объем оказывается увеличенным.
По рассмотрении общих условий, при которых происходит закалка стали, и тех свойств, которые сталь при этом приобретает, необходимо в дальнейшем изложении более подробно остановиться на описании тех операций, которым сталь подвергается перед закалкою, во время и после нее и которые способствуют достижению наиболее благоприятных результатов. Сталь даже лучшего качества может дать плохую закалку, если она неравномерной плотности, или еще более, если ее неравномерно нагревают или же неравномерно охлаждают; при этом вследствие неодинакового сжатия частиц металла легко получается искривление закаливаемой вещи, а при неблагоприятных условиях появляются и трещины. Прокованная или прокатанная инструментальная сталь в том виде, в каком она появляется в продаже, обладает обыкновенно некоторою хрупкостью, частицы ее находятся в известном напряжении, что вызывается тою обработкою в холодном состоянии, которой она подвергается и которая придает ей блестящую поверхность. Кроме того, при дальнейшей обработке при изготовлении инструмента более или менее сложной формы появляются нередко между частицами металла вследствие неравномерной ковки особые напряжения, которые обусловливают искривление предмета, а иногда и появление вредных трещин. Вот почему для устранения означенных напряжений необходимо перед закалкою подвергать инструменты сложной формы и неодинакового поперечного сечения отжигу. Достигается это нагреванием данного предмета до темно-красного каления и медленным затем его охлаждением на воздухе или в коробке, наполненной угольным порошком, коксом или песком. При подобном отжигании следует обращать внимание на то, чтобы температура нагревания не была выше красного каления и чтобы означенное нагревание происходило по возможности без доступа воздуха, иначе мы рискуем испортить сталь. Важным условием при отжиге является также равномерное нагревание всех частиц металла, причем следует сократить время этого нагревания до возможно малого предела; остывание же стали должно происходить по возможности медленно. По окончании всех предварительных операций инструмент подвергают нагреванию для его закалки, причем необходимо обращать внимание на то, чтобы температура была совершенно равномерная во всех частях, если желают закалить все тело инструмента. Если нагревание производится в кузнечном горне, то следует употреблять древесный уголь; каменный уголь и кокс не находят в данном случае применения, главным образом, вследствие образования шлаков. Во время нагревания необходимо — для достижения равномерной температуры — постоянно поворачивать и подвигать в одну и в другую сторону закаливаемый инструмент, причем более толстые части этого последнего должны быть более нагреваемы. Для очень тонких, деликатных предметов рекомендуют положить в горн газовую трубку соответствующих размеров, и когда трубка эта равномерно нагреется до красного каления, тогда в нее вкладывают закаливаемый инструмент, постоянно поворачивая и передвигая его, как в предыдущем случае. При принятии даже всех мер предосторожности трудно бывает давать предметам с выступающими ребрами и краями вполне равномерный нагрев. В этом случае не следует опускать означенные предметы в воду немедленно после их нагревания, а необходимо давать им остывать некоторое время в воздухе; при этом тонкие части, которые раньше нагреваются в огне и получают более высокую температуру, быстрее охлаждаются на воздухе и весь предмет принимает равномерный красный цвет, пригодный для закалки. Вместо этого можно во время нагревания вынимать несколько раз из огня предметы и охлаждать их тонкие части посредством быстрого опускания этих последних в воду. Еще лучше, если мы весь предмет опустим во время нагревания два или три раза в горячую воду, для того чтобы охладить его поверхность. Если нужно закалить не весь предмет, а некоторую лишь его часть, тогда необходимо обращать внимание на то, чтобы переход от закаливаемой части к остальной был постепенный; соответственно этому и температура нагрева должна изменяться постепенно, иначе предмет даст трещину на предельной линии. Если же необходимо предохранить некоторые части инструмента от закалки, тогда надлежит окружать означенные части толстым слоем глины, смешанной с навозом, что защищает их от действия жара.
Большое значение для удачной закалки инструмента имеет продолжительность его нагревания. При чересчур быстром нагревании наружная поверхность стали и выдающиеся тонкие части достигают надлежащей температуры прежде, чем вся масса успеет получить необходимый нагрев, и, таким образом, быстрота нагревания достигается всегда на счет его равномерности. При медленном же накаливании стали образуется значительное количество окалины, которая так сильно пристает к металлу, что не отделяется от него при вынимании из огня; на это обстоятельство следует обращать постоянно внимание, так как окалина служит причиною неудачной закалки стали. Вот почему следует, вообще говоря, принять за правило производить нагревание настолько быстро, насколько это оказывается возможным без вреда для его равномерности.
Во многих местах при закалке длинных и сложных предметов, которые при обыкновенных условиях легко искривляются и трескаются, применяется особый прием, состоящий в нагревании подобных предметов в свинцовой бане, чем достигается равномерность нагревания и устраняется возможность образования окалины. Для пользования означенным приемом следует изготовить железный сосуд соответствующей формы (для спиральных сверл и метчиков берут кусок газовой трубки надлежащей длины, к которой приделывают дно), наполнить его свинцом и вставить его в горн, где он подвергается нагреванию до тех пор, пока свинец не примет красный цвет; тогда опускают в свинцовую баню закаливаемый предмет и водят им медленно вверх и вниз до тех пор, пока он не достигнет температуры свинца. Для того, чтобы свинец не приставал к стали, следует обмазать закаливаемый предмет льняным маслом, затем посыпать его сажею и в таком виде высушить. Охлаждение стали после ее нагревания должно происходить настолько быстро, насколько это оказывается возможным; при этом необходимо заботиться о том, чтобы все части закаливаемого предмета остывали равномерно, так как при неравномерном охлаждении сокращение разных частей предмета будет неодинаковое, что имеет последствием искривление его или даже окончательную порчу вследствие появления вредных трещин. Поэтому нагретую сталь следует опускать в середину сосуда, содержащего закалочную жидкость, а не близко к какой-нибудь из его стенок. Длинные предметы необходимо погружать в жидкость вертикально и медленно. Иногда водят ими в жидкости по спирали, что имеет целью приводить поверхность металла в прикосновение со свежими, не нагретыми еще частицами жидкости; впрочем, для очень тонких, длинных предметов подобный прием часто ведет к неблагоприятным результатам. Медленное опускание предмета служит для того, чтобы охлаждение стали происходило по преимуществу на поверхности жидкости, что дает возможность парам, образующимся в обильном количестве при погружении раскаленной стали, свободно уходить, не препятствуя остальным частицам металла прикасаться к жидкости. Предметы же неодинаковой толщины необходимо погружать так, чтобы более толстые части раньше попали в жидкость, в противном случае более тонкие части, успевшие раньше остыть, не могут подаваться при сокращении толстых частей. Если такой прием оказывается практически невыполнимым, тогда полезно покрывать более тонкие части предметов небольшим слоем глины, для того чтобы предохранить их от чересчур быстрого остывания.
Для достижения равномерности необходимо стараться, чтобы темп. закалочной жидкости изменялась по возможности мало; с этою целью следует брать жидкость в достаточном количестве. Выбор той или другой жидкости, обусловливающей более или менее быстрое охлаждение раскаленной стали, зависит от теплопроводимости жидкости, ее удельного веса, теплоемкости, точки кипения и количества скрытой теплоты, поглощаемой ею при своем испарении. Всего чаще употребляется вода; недостаток этой последней состоит в образовании обильного количества паров, которые окружают предмет, вследствие чего передача теплоты происходит скорее через лучеиспускание, а не через прямое прикосновение. Для устранения означенного обстоятельства стараются медленно опускать предмет в воду или медленно водят им в жидкости, как объяснено было выше. Предлагают закаливать сталь в текучей воде, а для того, чтобы сторона, в которую ударяется вода при своем течении, не остывала раньше, необходимо во время закалки поворачивать предмет. Для более быстрого охлаждения стали и, значит, для получения более сильной закалки прибавляют к воде некоторые тела, увеличивающие ее теплопроводимость, таковы: поваренная соль, нашатырь, азотная или серная кислота (2—4 проц. по весу). Колодезная вода, содержащая в растворе углекислые соли щелочных земель, крепче закаливает сталь, чем речная. Для получения весьма сильной закалки употребляют ртуть, которая при своей значительной теплопроводимости быстро отнимает теплоту от раскаленной стали; отсутствие же паров, особенно при погружении мелких предметов, способствует непосредственному соприкосновению стали и ртути, что имеет последствием получение вполне равномерной и сильной закалки. Высокая цена ртути препятствует более широкому ее распространению для означенной цели, тем более, что вследствие малой ее теплоемкости (1/30) требуется для одного и того же закаливаемого предмета брать в 30 раз больше ртути, чем воды, если мы желаем, чтобы темп. после погружения стали была одна и та же в обеих жидкостях.
При изготовлении инструментов значительной толщины или сложной формы не только нельзя употреблять сильно закаляющие жидкости, но и при применении воды нельзя избежать искривления и порчи инструментов, и в этом случае приходится выбирать жидкости с меньшею теплопроводимостью, в которых остывание происходит медленнее и закалка получается слабее. Вода с примесью известкового молока или небольшого количества мыла удовлетворяет сказанному требованию. Предлагают также мокрый песок, причем чем зерна мельче, тем сильнее получается закалка. Примесь камеди, декстрина или спирта значительно понижает способность воды закаливать инструмент, и при значительной пропорции этих веществ вода совершенно теряет означенную способность. Масло и жиры часто употребляются для закалки сложных инструментов и оказывают в этом случае важные услуги; сало сильнее закаливает, чем масло. При охлаждении в этих последних материалах раскаленная сталь искривляется редко и не дает трещин, причем хрупкость закаленной стали не столь велика. Поэтому для достижения известной твердости инструмента лучше выбрать более твердый сорт стали и закалить ее в сале или масле, чем брать мягкую сталь и закаливать ее в жидкостях, быстро отнимающих теплоту.
Воздух тоже иногда употребляется для закалки стали, если пустить его сильною струею на закаливаемый предмет или если этот последний получает быстрое движение. Так закаливаются, напр., клинки из дамасской стали, на которые направляют воздух под сильным давлением из узкой щели; или же клинки эти прикрепляются к колесу, которое получает быстрое вращение.
Сталь после закалки весьма редко идет прямо в дело; она получается чересчур хрупкою, и частицы ее легко выкрашиваются. Приходится поэтому принимать меры для уменьшения означенной хрупкости, что всегда сопряжено с уменьшением твердости стали; достигается это посредством ее отпуска, т. е. при помощи нагревания предмета до 220—330° Ц., причем с повышением темп. вязкость стали увеличивается, а твердость ее уменьшается. При указанном нагревании стали до 220° появляется уже на ее поверхности желтый цвет; он имеет сначала соломенный (бритвы, токарные и строгательные резцы для твердой стали и белого чугуна, пуансоны, матрицы и т. д.), а потом золотистый отлив (хирургические инструменты, шарошки, кузнечные молота и пр.); потом он переходит при темп. в 255° в желто-бурый (лисички, ручные молотки, ножницы и пр.), потом в красный (метчики; сверла и т. д.); затем в пурпурно-красный (275°) и фиолетовый при темп. в 285° (долота, бурава и пр.); потом в светло-синий при темп. в 295° (сверла и др. инструменты для дерева, рапиры, кинжалы и пр.), голубой при темп. в 315° (пружины) и, наконец, в зеленый цвет морской воды при темп. около 330°. Эти цвета суть не что иное, как явление цветов тонких пластинок, подобные, напр., цветам мыльных пузырей, и появляются на стали вследствие того, что на ее поверхности образуется тонкий слой окислов, первоначально просвечивающих и играющих цветами тонких пластинок.
Нагревание стали для ее отпуска должно производиться медленно; кроме того, большое значение имеет также и равномерность нагревания, так как лишь при одинаковой темп. всех частиц стали становится возможным получить инструменты одинаковой твердости во всех тех частях, которые работают при одинаковых условиях. Лучше всего означенным требованиям удовлетворяет чистое, ровное, не коптящее и не слишком светлое пламя, дозволяющее следить за появлением радужных цветов. Пламя спирта оказывается в этом отношении самым удобным, но вследствие дороговизны спирта оно может быть применяемо лишь для мелких предметов. Обыкновенно же для нагревания отпускаемых стальных предметов употребляется кузнечный горн на древесном угле или жаровня, которая прикрывается продырявленным железным листом; когда этот последний принимает от находящихся в жаровне раскаленных углей вполне равномерную темп., тогда кладут на него сталь и следят за появлением на ней цветов. Вместо листа другие берут железный ящик, наполненный слоем песку толщиною в 2 дм. Песок при постоянном и осторожном перемешивании нагревается, а затем он выравнивается, чтобы образовать плоскость, на которую кладут отпускаемый предмет. Вместо описанной песчаной бани применяют также свинцовую баню следующего устройства: жидкий свинец при темп., близкой к точке плавления, наливается в чугунный ящик и накрывается железным листом, который вследствие меньшего своего удельного веса плавает на поверхности свинца; на означенный лист кладут отпускаемый инструмент, и в этом случае весьма удобно наблюдать появление радужных цветов.
Если равномерно закаленному предмету желают придавать последовательно уменьшающуюся твердость, тогда при его отпуске нагревают ту часть, твердость которой должна быть наименьшею; остальные части получают в этом случае тем меньшую темп., чем дальше они расположены от нагреваемой и чем слабее было нагревание этой части. Когда на нагреваемом месте появляется надлежащий цвет, тогда весь предмет погружают в воду. Сабельные клинки, лезвие которых должно быть твердо закалено, а обух оставаться мягким, отпускаются следующим образом. Весь клинок сначала отпускается до фиолетового или синего цвета, затем зажимают его посредством клещей между двумя железными полосами таким манером, чтобы обух клинка оставался свободным; в таком виде нагревают его до тех пор, пока не появится серый цвет, т. е. пока сталь на обухе не сделается совершенно мягкою, — лезвие же, защищенное означенными полосами, сохраняет свою первоначальную твердость.
На основании вышеизложенных данных не трудно будет выбрать подходящую закалочную жидкость, тот или другой прием для нагревания, охлаждения и отпуска для достижения наиболее благоприятных результатов в зависимости от того назначения, которое должен иметь закаливаемый предмет, и от того сорта стали, из которой он сделан. Для примера остановимся на описании способов закалки напилков, зубил и пружин.
В крупных английских заводах напилки нагревают в чугунном котле, наполненном расплавленным свинцом. Для предупреждения испарения свинца на поверхности его насыпается слой угольного порошка. Напилок погружают в вертикальном положении в расплавленный свинец; хвост его при этом остается вне котла, т. е. выше угольного слоя. Закалка производится погружением докрасна нагретого напилка в воду, без отпуска, потому что от напилков требуется большая твердость. Во многих местах вместо простой воды употребляют воду, смешанную с солью или с мукою. Напилки полукруглого сечения при закалке изгибаются в сторону плоской стороны, поэтому перед закалкою им придают изгиб в обратную сторону.
Для закалки зубила нагревают его конец в кузнечном горне(на 1½—2 дм.) до вишнево-красного цвета и погружают его в воду в вертикальном положении, на величину от 3/4 до 1 дм. Держат недолго и затем вынимают из воды, причем верхняя часть сохраняет еще красный цвет. Заостренный конец поспешно очищают оселком или куском пемзы (для удаления окалины) и наблюдают появление цветов на самом конце зубила. Цвета являются вследствие передачи теплоты от более толстой части к более тонкой, которой была сообщена полная закалка. Когда голубой цвет дойдет до самого острия, тотчас же зубило бросают в воду для совершенного охлаждения. По охлаждении закаленная часть предмета сохраняет последнюю окраску, и только кромка слегка пурпурового цвета. При большей закалке от удара молота зубила ломаются. Таким же образом закаливаются резцы для всех машин-орудий.
Тонкие стальные пружины, плоские и спиральные, нагреваются осторожно на древесном угле до темно-вишневого цвета и обмакиваются в сосуд с маслом. Вынув пружину, держат ее над огнем горна до тех пор, пока все масло не сгорит с поверхности. Получающаяся при этом горении теплота оказывается достаточною для отпуска пружины. Когда длинное желтое пламя от горения масла превратится в голубое короткое пламя, то пружину охлаждают на воздухе, и операция считается законченною.