Принципы изготовления печи для закалки металла своими руками. Муфельные печи: принцип работы и сфера применения Самодельная муфельная печь своими руками для закалки

Имея муфельную печь в домашней мастерской, уже можно всерьёз осваивать термическую обработку металлов, что незаменимо при изготовлении ножей, деталей механизмов и инструментальной техники. Предлагаем простую и недорогую конструкцию закалочной печи с автоматическим управлением.

Детали корпуса

Нагревательные элементы

Первым этапом изготовления самой закалочной печи будет расчёт и поиск нагревательных элементов с последующей их сборкой в единый тепловыделяющий контур. Сделать это можно двумя путями: подбором готовых нагревательных спиралей или их самостоятельным изготовлением.

Выбрать спирали не очень сложно, нужно только гарантировать, что они изготовлены из соответствующего материала и имеют достаточное сечение. Для закалочных печей не рекомендуется использовать проволочные нагревательные элементы с толщиной проволоки менее 0,4 мм. Оптимальный вариант материала спирали — фехраль Х27Ю5Т или Х23Ю5-Н-ВИ. Важнейшее правило при работе с такими сплавами — не нагревать их до окончательного формирования и сборки тепловыделяющего контура.

Расчёт нагревательных элементов нужно проводить индивидуально с учётом размеров топки и соответствующей мощности нагрева. В качестве примера можно взять печь с размерами нагревательной камеры 150х100х300 мм. Чтобы нагреть такое пространство до температуры 1 100 °С, потребуется общая мощность нагревательных элементов около 4 кВт, однако наиболее экономичным нагрев будет при совокупной мощности спиралей в 5,5-6 кВт. При подключении к сети 220 В ток составит 28 А, а общее сопротивление нагревателя — 7,86 Ом.

Используя эти данные, мы легко найдём необходимую длину проволоки с известной электропроводностью. Среднее удельное сопротивление фехраля составляет 1,25 Ом·мм 2 /м. Если использовать проволоку диаметром 0,9 мм, её сечение составит 0,64 мм 2 , а значит, сопротивление одного метра будет равным 0,8 Ом. Таким образом, требуется создать нагревательный элемент с общей длиной проволоки 9,83 м. Чтобы скрутить спираль, нужно воспользоваться прутком-оправкой, предварительно рассчитав длину одного витка. Если спираль имеет наружный диаметр 8 мм, длина витка получится чуть более 25 мм, то есть всего нагревательный элемент будет состоять из 393 витков.

В поперечном срезе периметр камеры составляет 500 мм, при нормальной плотности укладки в топке глубиной 300 мм спираль размещается в 5 рядов с отступом от переднего края в 40 мм. Таким образом, общая длина спирали составляет 2,5 метра, навивку нужно равномерно растянуть до этой длины. Если грубо подсчитать, то после растягивания расстояние между витками спирали получится чуть более 5 мм, что обеспечит достаточную плотность нагрева. Если бы шаг оказался выше 8 мм, диаметр проволоки пришлось бы уменьшить, при шаге витков менее 3 мм — увеличить.

Футеровка и обустройство топки

Само понятие муфельная печь подразумевает наличие муфеля — внутренней жаростойкой капсулы, которая закрывает спираль нагревательного контура, защищая её от мелкого мусора и окалины. Муфель, как правило, в печах съёмный, что позволяет осуществлять ремонт и замену нагревательных элементов.

Основная трудность в том, чтобы изготовить муфель и корпус нагревательной сборки одновременно. Для этого понадобится два вида жаростойкой керамики: один для изготовления корпуса с канавками, другой — для тонкостенного муфеля. Для керамической основы лучше использовать смесь огнеупорной глины с содержанием оксида алюминия не менее 30%. Глину следует развести водой с избытком и оставить набухать на сутки, после чего снять сверху отстоявшуюся воду и оставить только набухший осадок.

Керамический корпус нагревателя массивный, поэтому из чистого связующего его не изготовить, нужен наполнитель. В качестве последнего хорошо подойдёт стеклянная фибра, сухой кварцевый песок или дроблёный шамот. Общее содержание глины в растворе не должно быть меньше 50% по объёму, в итоге смесь приобретает консистенцию вязкой пластичной пасты. Если состав получился более жидким, избыток влаги удаляется добавлением небольших порций строительного гипса непосредственно перед использованием.

Корпус нагревателя изготавливается на объёмном шаблоне из гофрокартона, размеры которого должны быть больше планируемых габаритов топки на 15-20 мм с каждой стороны. Предварительно на шаблон нужно намотать шнур или силиконовый шланг соответствующего диаметра, формируя нужное количество канавок под спираль. После этого шаблон со шнуром нужно облепить глиной со всех сторон, избегая образования пустот и добиваясь толщины стенки не менее 40 мм. Добавление алебастра помогает изделию поддерживать форму до обжига. С высушенного керамического корпуса нужно аккуратно удалить картонный вкладыш и вытянуть шнур из канавок.

Для футеровки топки используется керамика из более качественного каолина. Оптимально подойдёт обогащённая глина марки КФН-2, в качестве наполнителя лучше использовать дроблёный шамот высокой чистоты при содержании около 20-25% по объёму сухих компонентов. Смесь затворяется описанным выше способом и используется для формирования внутренней футеровки.

Чтобы муфель затем легко отделился, в керамический корпус заранее вставляют спирали. Затем внутреннюю поверхность оклеивают лоскутами газетной бумаги по принципу папье-маше. Должно получиться не менее 8-10 слоёв, при этом внутренняя поверхность должна содержать как можно меньшее количество неровностей. После высыхания бумаги изнутри наносится огнеупорный состав для футеровки. Это лучше делать в несколько заходов, давая время на испарение лишней влаги, в итоге стенка муфеля должна достичь толщины 15-20 мм. В таком состоянии вся сборка сушится в течение нескольких суток до полной потери пластичности и появления звонкого звука при простукивании.

После сушки производится первичный обжиг — на спирали подают напряжение и выдерживают раскалённое изделие в течение 4-6 часов. В ходе процесса обжига фехраль проходит кристаллизационный порог и, становясь более хрупкой, принимает форму каналов. Глина в керамическом вкладыше и муфеле запекается и стеклуется, обретая стойкость к циклическим перепадам температуры. Ну а бумага и остатки клея попросту выгорают, образуя при этом минимальный технологический зазор для лёгкого снятия и установки муфеля.

При таком способе изготовления можно использовать некоторые хитрости. Например — формировать керамический корпус на шаблоне конусной формы, чтобы облегчить извлечение муфеля. Также не будет лишним удлинить переднюю часть сборки, где нет нагревателей, или разместить небольшую спираль на дне камеры. Самих же муфелей для одной печи можно сразу изготовить несколько экземпляров.

Теплоизоляция печи

В результате описанных действий получается практически готовая топка закалочной печи, её необходимо только поместить в корпус, надёжно закрепить и минимизировать теплопотери. Для этого и пригодится изготовленная заранее ёмкость на ножках.

Внутренний объём ёмкости нужно заполнить минеральной ватой плотностью 45-50 кг/м 3 . Вату нужно свернуть спиралью, сначала укладывая её под наружные стенки и постепенно продвигаясь к центру. Плотность укладки должна быть максимальной, но при этом саму вату нельзя повредить. В итоге в центральную складку нужно поместить топку в сборе. Если плотности ваты достаточно, нагревательная часть не будет проминать утеплитель своим весом. Все выводы спиралей нужно тщательно замотать стеклотканью, вставить между ними дистанционные проставки из обрезков минеральной ваты, а затем вывести через заднюю стенку, подключить на обратную сторону шпилек и установить панель на место.

Чтобы надёжно закрепить топку и установить дверцу, вату нужно примять и утопить на 6-8 см глубже бортов. Поверхность утеплителя нужно несколько раз сбрызнуть алебастровым молоком, чтобы вата отвердилась и перестала интенсивно впитывать влагу. После этого лицевая часть печи заливается смесью алебастра, песка и минеральной фибры. Пока состав не застыл, в него вмуровывают топочную дверцу или закладные для её крепления.

Автоматика с температурно-временными задачами

Существует три типа автоматики для закалочных печей. Стоимость организации управления печью повышается вместе с комфортом использования. Простейший вариант — простейший термостат с термопарой в качестве датчика температуры. Это устройство просто будет поддерживать заданную температуру с гистерезисом около 30-50 °С. Время выдержки контролируется вручную, как и момент достижения температурной точки.

Более продвинутая автоматика разрабатывается специально для электрических печей. Термоконтроллеры типа Autonics TCN4 обладают функцией пропорционального регулирования мощности, обеспечивая регулируемый гистерезис вплоть до 1 °С. Также прибор оснащён дополнительными функциями, такими как сигнализация о достижении заданной температуры. При желании канал сигнализации можно использовать для активации реле выдержки времени, установленного последовательно с термостатом.

Наиболее продвинуты в этом плане устройства автоматики для печей типа «Профиль-М». Они отличаются не только встроенными силовыми реле, но также возможностью более гибкой настройки. В таких контроллерах предустановлен таймер, а также есть возможность настраивать термообработку со сложным температурным профилем, последовательно задавая длительность промежутков времени, в которые должна поддерживаться определенная температура.

Муфельная печь является нагревательным прибором, состоящим из огнеупорной камеры. Предмет помещается в муфель и видоизменяется под воздействием высоких температур. Сделать муфельную печь своими руками можно при помощи старой духовки или стиральной машины.

Муфельные печи используются в самых разных целях:

для переплавки металлов;
обжига керамических изделий;
для выравнивания деформированных поверхностей различных материалов;
выпаривания влаги из вещества;
быстрой и эффективной сушки различных изделий.

В зависимости от типа печи, можно нагреть объект до температуры от 100 до 2000 градусов. Муфельные печи чаще всего работают от газа или электричества. Но можно сконструировать устройство, которое будет функционировать от процесса горения дров или горючих веществ.

Муфель изготавливают из жаропрочных материалов, которые не пропускают продукты горения к помещенному в них веществу. В муфеле может происходить обработка не только в воздушной среде. Существуют муфельные печи с нагревом материала в вакууме. Вместо воздуха также могут использоваться такие газы, как водород, аргон, гелий или азот.

Герметичность камеры создает равномерное воздействие тепла на объект. Нагревается муфель достаточно долго, а также это требует больших энергозатрат.

Корпус муфельной печи можно создать самому или же воспользоваться заготовками. В качестве заготовки можно использовать старую духовку, электрическую печь или прямого нагрева, холодильник, стиральную машину. Также обязательно стоит учесть, что необходимо удалить все детали из пластика, так как они не приспособлены к высоким температурам.

Корпус можно создать своими руками. Для этого подойдет листовой металл. Следует выбирать материал, толщина которого более двух миллиметров. Из него следует сделать прямоугольную коробку при помощи сварочного аппарата.

Для создания корпуса подойдет листовой металл

Если вы хотите сконструировать цилиндрическую муфельную печь, стоит изогнуть металл в радиус и заварить шов.

Чтобы защитить металл от коррозии, желательно покрыть печь специальной огнеупорной краской. Улучшит свойства печи специальный термоизоляционный слой. Он служит для уменьшения теплопотерь, тем самым увеличивая жар в камере. Для термоизоляционного слоя можно использовать базальтовую вату, а также перлит.

Изготовление муфеля

Чтобы самостоятельно сконструировать муфельную печь, в первую очередь стоит сделать огнеупорную камеру. Не каждый материал подойдет для этих целей.
Специальную камеру можно изготовить из шамотного кирпича. Он отлично подойдет как для прямоугольной, так и для цилиндрической печи. Правда, в форме цилиндра выложить кирпичи довольно сложно. Для этого необходимо вырезать при помощи болгарки одинаковые трапеции. Для небольшой печи понадобится около 7 кирпичей.

После стоит соединить их вместе при помощи проволоки, а также проверить, чтобы они плотно состыковывались. Неровности можно также подкорректировать при помощи болгарки. Далее следует выложить кирпичи в ряд и сделать несколько канавок для проволоки, которая в будущем будет нагревательным элементом. Важно сделать канавки таким образом, чтобы проволока нигде не соприкасалась. Для этого стоит на одном из кирпичей разместить углубления под наклоном. Канавки должны быть шириной в 7-8 миллиметров, расстояние между ними – не менее 2 сантиметров.

Соединяются кирпичи при помощи термостойкого клея. Также можно использовать смесь из глины, порошка шамотного кирпича и кварцевого песка.

Для изготовления муфеля подойдет и обычная глина, так как самодельная печь не будет работать с экстремальными температурами. Глина нуждается в предварительной обработке. Из картона или листа фанеры сконструируйте небольшой прямоугольник, который по размерам будет совпадать с задуманной муфельной камерой. Обязательно подсчитайте по размерам, будет ли данная камера свободно помещаться в корпус печи.

Макет камеры стоит покрыть снаружи глиной толщиной в несколько сантиметров. Глина должна высохнуть в течение 5 дней. После обязательным действием является обжиг глиняной конструкции. Лучше всего обжигать материал в угольной печи, так как необходима температура не менее 700 градусов. Если все условия будут соблюдены, получится достаточно прочная и огнестойкая камера.

Как сделать нагревательный элемент?

В качестве нагревательного элемента используется проволока. Можно использовать нихром или фехраль. Проволока из нихрома выдерживает до 1100 градусов. Но нихром может сгореть от малейшего контакта с воздухом. Фехраль может выдерживать температуру до 1300 градусов, при этом от воздуха проволока не портится.
Минимальный размер проволоки, которую нужно использовать – 1 миллиметр. В зависимости от типа муфельной камеры, различны способы прикрепления нагревательного элемента.

Закрепляется нагревательный элемент на кожухе при помощи глины, расстояние между каждым витком должно быть около 2 миллиметров. Скрепляющий слой также следует сушить в течение нескольких дней и обжечь в угольной печи.

В шамотный муфель необходимо установить нагревательную спираль. Ее можно сделать самостоятельно из нихромной или фехральной проволоки. Для этого необходимо равномерно намотать проволоку на цилиндрический объект. Подойдет карандаш, тонкий пруток из металла или сварочный электрод. Диаметр спирали должен получиться в 6 мм.

Обязательно нужно следить за тем, чтобы витки не соприкасались друг с другом, иначе произойдет короткое замыкание. Спираль необходимо провести в специальных углублениях, проделанных в шамотном кирпиче. Обязательно нужно закрепить витки. Это можно сделать при помощи проволоки или изготовить замазку. Для замазки можно использовать глину. В корпусе сверлятся отверстия, через которые необходимо вывести концы проволоки. Для подключения спирали к сети нужно использовать кабель.

Самодельная муфельная печь может работать не только от электричества, но и под воздействием газовой горелки. Такой нагревательный элемент можно приобрести или же сделать самому.

Для создания газовой горелки необходима металлическая труба длиной в 10-15 сантиметров. Диаметр трубы не должен превышать несколько сантиметров. Сначала следует сделать возле края сквозное отверстие для подвода газовой трубки. Также перпендикулярно ему необходимо сделать несколько односторонних отверстий. Они необходимы для поджигания устройства.

Газовая трубка изготавливается из меди, ее диаметр не превышает 0,8 сантиметра. На обоих концах трубки необходима резьба. Посередине устройства нужно сделать небольшое несквозное отверстие для выхода газа. Одно отверстие необходимо закрыть при помощи заглушки, к другому подвести газовый баллон. При совмещении элементов устройства обязательно следует установить клапан между шлангом и горелкой, так как он будет защищать конструкцию от возгорания.

Особенности сборки муфельной печи

Муфельную печь необходимо правильно собрать, чтобы она долго прослужила. Стоит воспользоваться несколькими основными рекомендациями:

Обязательно стоит укрепить наружную часть конструкции при помощи металлических вставок, так как муфельная камера является достаточно тяжелой.
Камера должна плотно прилегать к утеплителю основного корпуса.
Если вы изготавливали корпус самостоятельно, необходимо сделать дверцу из двойного листа металла, а также обязательно расположить на ней слой утеплителя.
При использовании в качестве основы старого духового шкафа, можно пренебречь слоем утеплителя, так как он уже предусмотрен конструкцией духовки.
Для безопасной работы муфельной печи необходимо подключать нагревательный элемент к автомату на 20-25 А.

Муфельная печь, сделанная своими руками, по температуре нагрева значительно уступает промышленным аппаратам. В ней нельзя переплавить металл, а также сложно работать со стеклом. Но агрегата, сделанного самостоятельно, будет вполне достаточно, чтобы совершить обжиг керамического изделия в домашних условиях. Главное не пренебрегать установкой защитных элементов от перепадов напряжения или утечки газа.

Муфельная печь - специализированная конструкция, позволяющая нагревать различные металлы до необходимой температуры.

Муфель обладает свойством сохранять металл от прямого контакта с топливом или газами. Печи со стационарной нагревательной камерой и сменными муфелями работают по схожему принципу.

Методы для закалки металла

Существует несколько способов обработки металлов с помощью данного устройства:

Термообработка: отжиг, закалка, отпуск, состаривание.
Работа с ценными материалами , переплавка металлов, когда использование открытого огня недопустимо.
Для получения ровного тона поверхности , особенно при обработке керамики(высокохудожественной) используется муфельная печь.
Сушка диэлектриков.
Кремация , сжигание до минеральных компонентов.

Как работает муфельная печь?

Для того, чтобы понять, как работает устройство для закалки металла, происходит процесс взаимодействия различных элементов, рассмотрим внимательно ее строение:

Корпус печи . Если осталась старая газовая плита, с встроенным духовым шкафом, то она прекрасно подойдет для основы устройства. Лучший размер для такого духового шкафа: 70см-50см-60см. Такие габариты удобны для работы с термообработкой.

Внимание! Если вы решились использовать как основную конструкцию бывшую газовую плиту, то произведите демонтаж пластиковых составляющих . Иначе произойдет расплавление всех материалов.

Внутренний слой . Непосредственный контакт с поверхностью топки. Коэффициент полезных действий зависит от этой части конструкции, поэтому использовать следует огнеупорный шамотный кирпич.

Фото 1. Огнеупорный шамотный кирпич - обязательный элемент для внутреннего слоя при изготовлении печи своими руками.

Внешний слой . Его цель - сокращение потерь передачи тепла. Широко используются перелит и базальтовая вата для достижения эффекта.

Совет! Не используйте асбест как внешний слой. Нагреваясь, этот материал выделяет канцерогены.

Нагрев рабочего пространства. Спирали, созданные из нихромовой или фехралевой проволоки, отвечают за процесс нагревания всей газовой плиты. Лучше использовать фехралевые, так как они более пластичны, но нихромовые - дешевле.

Устройство для плавки алюминия и меди

Легкоплавкие металлы отличаются хрупкостью. Важно соблюдать схемы работы с данным типом металлов.

Так, например, для плавления меди или алюминия, муфельная печь должна разогреться до 1083 , а для плавления бронзы - 930 по Цельсию.

Эти материалы среди остальных легкоплавких имеют самые высокие показатели температуры плавления.

Значит, напрашивается вывод: для работы с легкоплавкими металлами необходима печь, разогревающаяся максимум до 1100 градусов.

Нюанс! Для крупного литья при работе с легкоплавкими металлами устанавливается горн. А плавить металл можно в емкости с «носиком» (тигель). Так легче всего предать ему в последующем форму.

Этапы работы с легкоплавкими материалами

Прокалка печи для заливки на температуре 600 градусов .
Погружение формы .
Нагревание температуры до 900 градусов.
Засекаем время пребывания формы в печи - 120 минут.
Вынимаем форму и остужаем до 500 градусов.
Легкоплавкий материал помещается в форму.

Плавка золота

Тугоплавкие металлы, например, золото, в работе отличаются высокой температурой плавления. Так, для успешного решения задачи, необходимо будет разогреть печь до 1300 градусов , при условии того, что мы работаем со сталью (по другим материалами надо смотреть коэффициент тугоплавкости).

Необходимо учитывать фактор материалов растопки . Так, протопить печь можно всеми бытовыми ненужными материалами, исключая токсичные, то есть выделяющие ядовитые вещества в процессе горения.

Вам также будет интересно:

Этапы работы с тугоплавкими материалами

Индукционная муфельная печь своими руками

Муфельные печи - это конструкция, необходимая для творчества ювелиров, кузнецов , других мастеров, работающих с керамикой, с закалкой стали. Обычно индукционная муфельная печь для плавки дорогостоящая, но есть возможность сделать ее своими руками.

Необходимые материалы и инструменты

Изготовление конструкции

Монтаж основной части. На внутренних сторонах шамотных кирпичей выпиливаем поперечные отверстия. Они служат для установки нагревательной спирали. Такие пазы увеличивают объем печи, то есть внутреннего пространства, с которым работать эффективнее. Кирпичи складываем и закрепляем в форме призмы. Ликвидируем щели.
Изготовление стенок. Используемые материалы: кантал, фехраль, нихром. Устанавливать материалы можно совершенно любым способом, но лучше сложить их кругом. Так, не будет перепада температур, так негативно влияющих на процесс термической обработки.

Фото 2. Основная часть муфельной печи собирается из шамотных кирпичей, в которых выпиливаются отверстия.

Установление теплоизоляции. Эффективность зависит от степени удерживания температуры внутри конструкции. Сама теплоизоляция - это смесь, состоящая из 0,8 частей цемента и 0,2 частей перлита . Смесь между призмой и стенками должна настояться около 48 часов .
Изготовление дна. Создаем изогнутую заготовку для нижней части изделия, прикрепляем четыре маленьких кусочка стальной трубы - это ножки, на которые будет опираться печь. Внутрь изделия наливаем цементную смесь, после застывания прикладываем проволоку в виде сетки, для создания ровного и одномерного слоя. В конце наносим тальк.
Изготовление крышки. Одного размера с дном создаем заготовку, прикрепляем к нему ручки. Крышку заполняем раствором с цементом и перелитом.
Изготовление спирали. Нихромовую проволоку с сечением 0,1 см и прут из железа радиусом 3 мм . После снятия с прута проволоки получаем спираль. Витки не должны соприкасаться. Готовая спираль помещается в прорези, сделанные на первых этапах производства.

Фото 3. Спираль из нихромовой проволоки помещается в специальные прорези в огнеупорных кирпичах таким образом, чтобы витки не соприкасались.

закрыть ×

Сделанная муфельная печь своими руками позволяет в домашних условиях заниматься обжигом керамики, закалкой и плавкой металла. Для творческих и мастеровитых людей такие печи просто незаменимы в осуществлении их деятельности.

Слово «муфель» означает ограниченное пространство, изолированное как от внешней среды, так и от непосредственного контакта с топливом и продуктами горения. В камере может создаваться высокая температура - до 1250 0 С и более, чем добиваются нужных высокотемпературных изменений в структуре обрабатываемых материалов. В данной статье речь пойдет о том, как сделать муфельную печь своими руками в условиях домашней мастерской.

Для чего нужна самодельная нагревательная камера в бытовых условиях? Она может предназначаться для различных нужд: обжига керамических изделий, закалки режущих стальных элементов и плавки металлов. Термичка камеры может нагреваться как за счёт электроэнергии, так и работать на газу.

Внешняя форма и внутренняя конструкция печи может принимать разные конфигурации. Главная задача заключается в том, чтобы добиться в ограниченном пространстве ёмкости определённого температурного режима.

Виды и условия обработки сырья

Основные способы обработки материалов в самодельной камере - это:

Обжиг керамики
Закалка металлических изделий
Плавка цветных металлов

Обжиг керамики

Процесс получения готовых керамических изделий связан с обжигом заготовок из сырой глины и последующим покрытием их глазурью. В домашних условиях сделанная муфельная печь своими руками может производить обжиг сразу нескольких экземпляров посуды и других поделок. В термообработке важно выдержать ровный режим нагрева камеры. Теоретически обозначить точные временные рамки обработки материала при определённой температуре невозможно - это достигается практическим путём.

Материалы из глины, помещаемые в домашнюю муфельную печь для обжига, делят на 3 группы:

Фарфор
Фаянс
Майолика, терракота

Фарфор

Высохшую глину подвергают термообработке в два этапа. Первичный обжиг производят в интервале от 800 0 С до 1000 0 С. Глина набирает прочность и обретает пористость. Затем её окунают в ёмкость с глазурью. Повторный обжиг осуществляют при разных температурах, в зависимости от назначения:

натуральный фарфор - 1400 0 С
столовый - 1350 0 С
сантехнические детали - 1250 0 С

Фаянс

Применение тугоплавкого сырья при обжиге практически не образует жидкой фазы. Для созревания черепка изделия его обрабатывают при температуре 1200 - 1250 0 С. Повторная термическая обработка с нанесённой глазурью производится при нагреве 900 - 1000 0 С. Если требуется нанести роспись, то в третий раз возвращаются к первичному уровню температурного режима.

Майолика

Используют красные тугоплавкие глины. Термообработка требует точного соблюдения режима нагрева. При нагреве 950 0 С получаются рыхлые непрочные изделия. При нагреве 1050 0 С, сырьё спекается в непригодную, плотную стекловидную массу. Чтобы точно выдержать степень нагрева 1000 0 С, необходимо встроить в камеру термопару с подсоединением печи к цифровому дисплею.

Повторный процесс обработки глазурованных материалов производят при температуре 900 - 950 градусов.

Закалка режущих металлических изделий

Упрочнение режущих поверхностей стальных инструментов путём термообработки называют закалкой металла. Закаливание металлических изделий делали люди с древних времён. Суть процесса заключается в обжиге металла до получения изменения структуры кристаллической решётки (полиморфное преобразование).

Металл доводят в нагревательной камере до раскалённого состояния при температуре 750 −850 0 С. Следует отметить, что некоторые марки стали закаляют в условиях более высокого нагрева, в пределах от 1250 до 1300 градусов. Затем печь для закалки освобождают от раскалённых изделий, которые после подвергают резкому охлаждению в масляной среде или в воде. Таким образом добиваются повышения твёрдости металла.

Данный процесс важен для упрочнения режущих поверхностей стальных инструментов (ножей, свёрл, зубил, фрез и прочего). Закалку (отпуск) лучше производить в масляной среде. При отпуске раскалённого металла в воде, его поверхность покрывает масса пузырьков пара, что замедляет процесс.

Как правило, закалке подвергают готовые инструменты или заготовки из нержавеющей стали. Для этих изделий обычно не требуется закалочная камера большого объёма, поэтому лучше всего для этого подходит муфельная печь из предохранителя. Описание создания такой конструкции будет дано ниже.

Плавка цветных металлов

Муфельную печь удобно использовать для плавки цветных металлов, но к олову и свинцу это не относится. Температура их плавления настолько низка, что достаточно воспользоваться газовой горелкой бытовой кухонной плиты.

Для того чтобы расплавить такие металлы, как медь, бронзу и латунь, потребуется нагревательная ёмкость. Жидкую массу металла получают в тигле, которую затем заливают в специальные формы. Домашние мастера льют различные элементы декора светильников, мебели, статуэтки и многие другие поделки.

Температура плавки цветных металлов:

медь - 1080 0
бронза (в зависимости от марки) - от 930 0 до 1140 0
латунь в пределах от 880 до 950 градусов

Варианты самодельных муфельных печей

Наиболее популярные варианты муфельных печей - это конструкции, изготовленные из корпусов высоковольтных предохранителей, духовок, старых стиральных машин и даже глиняных горшков. В качестве теплоизоляции применяют керамический огнеупорный кирпич (шамот) и минеральную вату. Рассмотрим несколько способов, как сделать муфельную печь своими руками:

Электрические печи
Газовые нагревательные камеры
Камеры на твёрдом топливе

Электрические печи

При создании камеры применяют электрические нагревательные элементы (проволоки из фехраля, нихрома, ТЭНы, открытые и закрытые спирали). В качестве теплоизоляции используют огнеупорную керамику (шамотные кирпичи) или минеральную вату типа МКРР 130.

Пошаговые инструкции изготовления муфельных печей

Инструкция сборки печи из корпуса высоковольтного предохранителя

Фарфоровый корпус предохранителя ПКТ-103 длиной 564 мм и внешним диаметром 72 мм освобождают от контактных колпаков и внутренней плавкой вставки.
На концах керамической трубки делаются 2 отверстия специальным сверлом для керамики, диаметром 1,2 мм.
По внешней стороне колбы наматывают фехраль диаметром 1,2 мм. Между витками расстояние должно сохраняться не менее 5 мм, для чего понадобится около 2 метров проволоки.
Концы фехраля выводят через сделанные отверстия.
С тыльной стороны колбы заводят термопару, концы которой соединяют с цифровым дисплеем.
Корпус оборачивают ватой МКРР 130.
Проволоку из фехраля соединяют с электрическим проводом со штекерной вилкой для бытовой розетки. Для этого делают узкие отверстия в теплоизоляции, которые затем уплотняют ватой.
Для закрытия торцевых проёмов нагревательной камеры скручивают из ваты тампоны толщиной не менее 70 мм.
Жёсткий корпус готовят из оцинкованной жести, для чего вырезают лист металла длиной 600 мм, шириной 300 мм.
По краям металла вдоль длины делают загибы по 10 мм во внешнюю сторону корпуса.
Согнутую жесть в виде цилиндра одевают на стальную трубу. Концы трубы устанавливают на опоры.
Соединив загибы в замок, его простукивают киянкой по всей длине цилиндра.
Из жести вырезают заднюю крышку корпуса печи, в соответствии с его диаметром. В металле крышки оставляют лапки, которые загибают внутрь оцинкованной трубы.
Крышку крепят саморезами, через лапки к кожуху печки.
Из жести вырезают 4 полоски для опорных ножек корпуса. Ножки крепят саморезами.
При желании можно обойтись без изготовления фасадной крышки, достаточно использовать ватный тампон.

Нагреть такую камеру можно до 1300 градусов. В камере удобно производить закалку стальных инструментов, расплавлять в тигле небольшую отливку из цветных металлов.

Изготовление муфельной печи из электрической духовки

Духовка бытовой электрической плиты идеально подходит в качестве муфельной печи для обжига керамических изделий. Духовой шкаф оборудован двумя ТЭНами, установленными вверху внутри и внизу снаружи камеры. Камера изолирована фольгированной минеральной ватой. Мощности нагревательных элементов хватает для разогрева муфеля до 300 градусов. Чтобы достичь требуемого уровня нагрева до 1300 0 С, поступают следующим образом:

Корпус плиты разбирают. Снимают слой теплоизоляции духового шкафа.
На боковых сторонах камеры с внешней стороны закрепляют два мощных ТЭНа.
Снятую теплоизоляцию возвращают на своё место.
Новые нагреватели включают в общую систему термички.
Подключают цифровой дисплей через существующий регулятор температуры.
К регулятору уровня нагрева подсоединяют резистор, который увеличивает диапазон изменения температуры в духовке.
Корпус плиты собирают вновь.

Сборка такой печи для обжига керамики имеет ряд премуществ:

Корпус духового шкафа уже оборудован просторной камерой для обжига
Шкаф не требует никаких существенных усовершенствований, что обеспечивает значительную экономию финансов и трудозатрат
Откидная панель с панорамным стеклом даёт возможность визуально контролировать процессы обжига изделий из глины и закалки стального инструмента
Если не удаётся воспользоваться старым регулятором нагрева, к электрической цепи подключения духовки подсоединяют трансформатор

Как сделать муфельную печь из несгораемого сейфа

Внутренняя ёмкость несгораемого сейфа - это уже готовый муфель.

В качестве нагревательных элементов применяют панели электрических плиток. Их размещают на боковых стенках внутри сейфа. Также вместо керамических панелей со спиралями устанавливают ТЭНы.
Автогеном делают прорези между двойными стенками несгораемого шкафа и удаляют песчаный наполнитель. Образовавшиеся пустоты заполняют минеральной ватой МКРР.
Прорези заваривают тем же автогеном.
Внутри сейфа устанавливают термопару для контроля температурного режима.
Соединённый внешний цифровой датчик с термопарой будет показывать уровень прогрева камеры.

Получается отличная муфельная печь, в которой можно плавить цветные и драгоценные металлы. Чем больше внутренний объём несгораемого шкафа, тем больше возможностей для одновременной обработки мелких деталей или обжига объёмной керамики.

Изготовление простой мини муфельной печи

Для этого понадобится:

пластиковая труба 60 мм длиной 0,5 м
проволока фехраль и длиной около 2,5 м
смесь жидкого стекла с мертелем
бумага
минеральная вата МКРР
термопара с датчиком
отрезок водосточной трубы длиной 0,6 м
кусок жести
саморезы

Приступают к сборке, следуя пунктам инструкции:

На пластиковую трубу плотно наматывают спираль из фехраля. Спираль сжимают до такой степени, чтобы потом можно было свободно извлечь из нее пластик.
На концах трубы делают отверстия, в которых фиксируют концы спирали.
На лист бумаги наносят клеевой состав из жидкого стекла и мертеля, толщина слоя 5 мм. Консистенция клея должна быть густой.
Клей наносят на фехраль, оборачивая бумагу вокруг трубы.
После того, как клей застынет, бумагу пропитывают водой. Мокрую обёртку легко отделяют от спирали, затем удаляют пластиковую трубу.
Концы спирали соединяют с сетевым электрическим шнуром.
Мини муфель оборачивают минеральной ватой таким образом, чтобы свёрток плотно зашёл в корпус из водосточной трубы.
Внутрь, с тыльной стороны камеры, помещают термопару, концы которой подключают к датчику.
Заднюю часть мини печи закрывают жестяной крышкой.
Входное отверстие в камеру закрывают тампоном из ваты.
Чтобы труба в горизонтальном положении была зафиксирована, закрепляют саморезами небольшие упоры из жести на корпусе прибора.
Максимальная температура внутри мини муфельной печи может достигать 1200 градусов. Конструкция камеры удобна для обработки небольших порций металлического лома и закалки мелких деталей.

Инструкция сборки газовой муфельной печи

Нагрев ёмкости можно обеспечить газовой горелкой. Горелку помещают внизу шамотного колодца и подключают к газовому баллону.

Для изготовления газовой муфельной печи потребуется:

Шамотный кирпич
Металлическая бочка
Большая газовая горелка от бытовой кухонной плиты
Заполненный газовый баллон с редуктором
Тренога из тугоплавкой арматуры
Фитиль для розжига горелки
Тигель

Приступают к сборке печи, следуя следующим пунктам инструкции:

На листе металла выкладывают из шамотного кирпича площадку, которая будет служить днищем камеры.
На площадке устанавливают газовую горелку.
Подсоединяется металлический газопровод (трубку) к горелке.
Вокруг горелки возводят стенки колодца из шамотного кирпича, оставляя внизу отверстие для газопровода. Кирпичи скрепляют огнеупорным раствором.
С внешней стороны печи, через отверстие, трубку соединяют резиновым шлангом с газовым баллоном.
У металлической бочки срезают днище и одевают её на огнеупорную кладку.
Пространство между металлическим корпусом и кладкой заполняют минеральной ватой.
Внутрь печи устанавливают треногу с подставкой под тигель.
Тигель должен располагаться на высоте не более 200 мм над горелкой.
Верх колодца должен оставаться открытым для поступления кислорода из атмосферы и удаления продуктов горения из муфеля.
Термопару устанавливают на уровне верхней опоры треноги.
Цифровой дисплей подключают к электросети и соединяют с термопарой.
Газовая горелка должна просушить кладку из шамота при температуре не более 200 0 С. При большей степени нагрева раствор в швах кладки может растрескаться, что приведёт к утечке тепла и потере несущей способности кладки.
Можно изготовить верхнюю металлическую крышку с большим отверстием или обойтись без неё.
Тигель лучше сделать своими руками из обожжённой глины. Ёмкость делают с ушками, в которых есть отверстия. Продевая в ушки крючки, тигель легко ставят на треногу и также достают из печи.

Вместо газовой горелки в стенках из шамота закрепляют колосники от газовой водонагревательной колонки. Это даёт равномерный нагрев всего объёма ёмкости.

Нагревательные камеры на твёрдом топливе

В качестве муфеля на твёрдом топливе (дровах и угле) используют духовку домашней печи частного дома. Как правило, такая духовка может использоваться для закалки металлических изделий, приведения металлов в жидкое состояние с низкой температурой плавления. Для установления точных уровней высоких температур такая печь не годится.

Изготовление шамотной плитки своими руками

Лучший вариант - приобрести бывшую в употреблении футеровку доменных печей. Если такой возможности нет, огнеупорные кирпичи можно изготовить своими руками:

Изготавливают или покупают готовые формы из полиуретана или силикона для заливки шамотного раствора.
Готовую смесь (шамотный мертель) приобретают в строительном магазине.
Смесь размешивают водой до получения тестообразной массы, которую отправляют в формы.
В поверхности раствора делают косые канавки для установки нагревательной спирали. Горизонтальные ложбинки устраивают для крепления в них газовых колосников.
При использовании готового футеровочного материала, канавки в нем выпиливают абразивным кругом.
Сушат плитку в естественных условиях летом до 20 дней. Если есть возможность воспользоваться другой действующей печью, процесс сушки сократится в несколько раз.
Раствор для кладки колодца из огнеупорных кирпичей готовят из того же шамотного мертеля.

Самодельные тигли

В продаже можно найти тигли самых различных размеров. Для муфельной печи, собранной своими руками, может понадобиться тигель индивидуальной формы. Сделать самостоятельно такой сосуд нетрудно:

Комок тугоплавкой глины замачивают в подходящей посуде.
Размякшую массу помещают на деревянную доску и вручную вылепливают сосуд нужной формы.
Если необходимо, делают ушки с отверстиями.
Деревянной лопаткой, смоченной водой, формируют ровные поверхности изделия.
В собранной муфельной печи заготовку подвергают обжигу.
Остывший тигель окунают в раствор белой глазури и снова помещают в нагревательную камеру.

Процесс обжига и глазуровки детально описан в главе данной статьи «Обжиг керамики». Самостоятельное изготовление тигля не займёт много времени и сэкономит деньги.

Многообразие возможностей для изготовления различных моделей муфельных печей позволяет выбрать наиболее эффективную конструкцию для конкретного вида работы.

Если знать, как закалить металл правильно, то даже в домашних условиях можно повысить твердость изделий из него в два-три раза. Причины, по которым возникает необходимость в этом, могут быть самыми разными. Такая технологическая операция, в частности, требуется в том случае, если металлу надо придать твердость, достаточную для того, чтобы он мог резать стекло.

Чаще всего закалить надо режущий инструмент, причем выполняется термическая обработка не только в том случае, если надо увеличить его твердость, но также и тогда, когда данную характеристику требуется уменьшить. Когда твердость инструмента слишком мала, его режущая часть будет заминаться в процессе эксплуатации, если же она высока, то металл будет крошиться под воздействием механических нагрузок.

Немногие знают, что существует простой способ, позволяющий проверить, насколько хорошо закален инструмент из стали, не только в производственных или домашних условиях, но и в магазине, при покупке. Для того чтобы выполнить такую проверку, вам потребуется обычный напильник. Им проводят по режущей части приобретаемого инструмента. Если тот закалили плохо, то напильник будет как будто прилипать к его рабочей части, а в противоположном случае – легко отходить от тестируемого инструмента, при этом рука, в которой находится напильник, не будет чувствовать на поверхности изделия никаких неровностей.

Если все же так вышло, что в вашем распоряжении оказался инструмент, качество закалки которого вас не устраивает, переживать по этому поводу не стоит. Решается такая проблема достаточно легко: закалить металл можно даже в домашних условиях, не используя для этого сложного оборудования и специальных приспособлений. Однако следует знать, что закалке не поддаются малоуглеродистые стали. В то же время твердость углеродистых и достаточно просто повысить даже в домашних условиях.

Технологические нюансы закалки

Закалка, которая является одним из типов термической обработки металлов, выполняется в два этапа. Сначала металл нагревают до высокой температуры, а затем охлаждают. Различные металлы и даже стали, относящиеся к разным категориям, отличаются друг от друга своей структурой, поэтому режимы выполнения термической обработки у них не совпадают.

Термическая обработка металла (закалка, отпуск и др.) может потребоваться для:

его упрочнения и повышения твердости;
улучшения его пластичности, что необходимо при обработке методом пластической деформации.

Закаливают сталь многие специализированные компании, но стоимость этих услуг достаточно высока и зависит от веса детали, которую требуется подвергнуть термической обработке. Именно поэтому целесообразно заняться этим самостоятельно, тем более что сделать это можно даже в домашних условиях.

Если вы решили закалить металл своими силами, очень важно правильно осуществлять такую процедуру, как нагрев. Этот процесс не должен сопровождаться появлением на поверхности изделия черных или синих пятен. О том, что нагрев происходит правильно, свидетельствует ярко-красный цвет металла. Хорошо демонстрирует данный процесс видео, которое поможет вам получить представление о том, до какой степени нагревать металл, подвергаемый термической обработке.

В качестве источника тепла для нагрева до требуемой температуры металлического изделия, которое требуется закалить, можно использовать:

специальную печь, работающую на электричестве;
паяльную лампу;
открытый костер, который можно развести во дворе своего дома или на даче.

Выбор источника тепла зависит от того, до какой температуры надо нагреть металл, подвергаемый термической обработке.

Выбор метода охлаждения зависит не только от материала, но также от того, каких результатов нужно добиться. Если, например, закалить надо не все изделие, а только его отдельный участок, то охлаждение также осуществляется точечно, для чего может использоваться струя холодной воды.

Технологическая схема, по которой закаливают металл, может предусматривать мгновенное, постепенное или многоступенчатое охлаждение.

Быстрое охлаждение, для которого используется охладитель одного типа, оптимально подходит для того, чтобы закаливать стали, относящиеся к категории углеродистых или легированных. Для выполнения такого охлаждения нужна одна емкость, в качестве которой может использоваться ведро, бочка или даже обычная ванна (все зависит от габаритов обрабатываемого предмета).

В том случае, если других категорий или если кроме закалки требуется выполнить отпуск, применяется двухступенчатая схема охлаждения. При такой схеме нагретое до требуемой температуры изделие сначала охлаждают водой, а затем помещают в минеральное или синтетическое масло, в котором и происходит дальнейшее охлаждение. Ни в коем случае нельзя использовать сразу масляную охлаждающую среду, так как масло может воспламениться.

Для того чтобы правильно подобрать режимы закалки различных марок сталей, следует ориентироваться на специальные таблицы.

Как закалить сталь на открытом огне

Как уже говорилось выше, закалить сталь можно и в домашних условиях, используя для нагрева открытый костер. Начинать такой процесс, естественно, следует с разведения костра, в котором должно образоваться много раскаленных углей. Вам также потребуются две емкости. В одну из них надо налить минеральное или синтетическое масло, а в другую – обычную холодную воду.

Для того чтобы извлекать раскаленное железо из костра, вам понадобятся кузнечные клещи, которые можно заменить любым другим инструментом подобного назначения. После того как все подготовительные работы выполнены, а в костре образовалось достаточное количество раскаленных углей, на них можно уложить предметы, которые требуется закалить.

По цвету образовавшихся углей можно судить о температуре их нагрева. Так, более раскаленными являются угли, поверхность которых имеет ярко-белый цвет. Важно следить и за цветом пламени костра, который свидетельствует о температурном режиме в его внутренней части. Лучше всего, если пламя костра будет окрашено в малиновый, а не белый цвет. В последнем случае, свидетельствующем о слишком высокой температуре пламени, есть риск не только перегреть, но даже сжечь металл, который надо закалить.

За цветом нагреваемого металла также необходимо внимательно следить. В частности, нельзя допустить, чтобы на режущих кромках обрабатываемого инструмента появлялись черные пятна. Посинение металла свидетельствует о том, что он сильно размягчился и стал слишком пластичным. Доводить до такого состояния его нельзя.

После того как изделие прокалится до требуемой степени, можно приступать к следующему этапу – охлаждению. В первую очередь, его опускают в емкость с маслом, причем делают это часто (с периодичностью в 3 секунды) и как можно более резко. Постепенно промежутки между этими погружениями увеличивают. Как только раскаленная сталь утратит яркость своего цвета, можно приступать к ее охлаждению в воде.

При охлаждении водой металла, на поверхности которого остались капельки раскаленного масла, следует соблюдать осторожность, так как они могут вспыхнуть. После каждого погружения воду необходимо взбалтывать, чтобы она постоянно оставалась прохладной. Получить более наглядное представление о правилах выполнения такой операции поможет обучающее видео.

Есть определенные тонкости при охлаждении закаливаемых сверл. Так, их нельзя опускать в емкость с охлаждающей жидкостью плашмя. Если поступить таким образом, то нижняя часть сверла или любого другого металлического предмета, имеющего вытянутую форму, резко охладится первой, что приведет к ее сжатию. Именно поэтому погружать такие изделия в охлаждающую жидкость необходимо со стороны более широкого конца.

Для термической обработки особых сортов стали и плавки цветных металлов возможностей открытого костра не хватит, так как он не сможет обеспечить нагрев металла до температуры 700–9000. Для таких целей необходимо использовать специальные печи, которые могут быть муфельными или электрическими. Если изготовить в домашних условиях электрическую печь достаточно сложно и затратно, то с нагревательным оборудованием муфельного типа это вполне осуществимо.

Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

Муфельная печь, которую вполне возможно сделать самостоятельно в домашних условиях, позволяет закалить различные марки стали. Основным компонентом, который потребуется для изготовления этого нагревательного устройства, является огнеупорная глина. Слой такой глины, которой будет покрыта внутренняя часть печи, должен составлять не более 1 см.

Схема камеры для закалки металла: 1 — нихромовая проволока; 2 — внутренняя часть камеры; 3 — наружная часть камеры; 4 — задняя стенка с выводами спирали

Для того чтобы придать будущей печи требуемую конфигурацию и желаемые габариты, лучше всего изготовить форму из картона, пропитанного парафином, на которую и будет наноситься огнеупорная глина. Глина, замешанная с водой до густой однородной массы, наносится на изнаночную сторону картонной формы, от которой она сама отстанет после полного высыхания. Металлические изделия, нагреваемые в таком устройстве, помещаются в него через специальную дверцу, которая тоже изготавливается из огнеупорной глины.

Камеру и дверцу устройства после просушки на открытом воздухе дополнительно просушивают при температуре 100°. После этого их подвергают обжигу в печи, температуру в камере которой постепенно доводят до 900°. Когда они остынут после обжига, их необходимо аккуратно соединить друг с другом, используя слесарные инструменты и наждачную шкурку.

На поверхность полностью сформированной камеры наматывают нихромовую проволоку, диаметр которой должен составлять 0,75 мм. Первый и последний слой такой намотки необходимо скрутить между собой. Наматывая проволоку на камеру, следует оставлять между ее витками определенное расстояние, которое тоже надо заполнить огнеупорной глиной, чтобы исключить возможность короткого замыкания. После того как слой глины, нанесенный для обеспечения изоляции между витками нихромовой проволоки, засохнет, на поверхность камеры наносится еще один слой глины, толщина которого должна составлять примерно 12 см.

Готовая камера после полного высыхания помещается в корпус из металла, а зазоры между ними засыпаются асбестовой крошкой. Для того чтобы обеспечить доступ к внутренней камере, на металлический корпус печи навешиваются дверцы, отделанные изнутри керамической плиткой. Все имеющиеся зазоры между конструктивными элементами заделываются при помощи огнеупорной глины и асбестовой крошки.

Концы нихромовой обмотки камеры, к которым необходимо подвести электрическое питание, выводятся с задней стороны ее металлического каркаса. Чтобы контролировать процессы, происходящие во внутренней части муфельной печи, а также замерять температуру в ней при помощи термопары, в ее передней части необходимо выполнить два отверстия, диаметры которых должны составлять 1 и 2 см соответственно. С лицевой части каркаса такие отверстия будут закрываться специальными стальными шторками. Самодельная конструкция, изготовление которой описано выше, позволяет в домашних условиях закаливать слесарные и режущие инструменты, рабочие элементы штампового оборудования и др.