Радуга на оружии. Термообработка металлов и цвета побежалости

Просматривая фотографии охотничьих двустволок, всегда обращаешь внимание на деталях. Вот на этом ружье головки осей на замочных досках и винты ярко-синего цвета, вот на этой горизонталке спусковые крючки жёлтые, весёлые такие. А у другого ружья – крючки насыщенно-синие!

Разноцветные красивые детальки припоминаются и на старых винтовках, и на револьверах с пистолетами. Помните синего цвета УСМ на нашем Нагане?

Так что это за покрытие такое? Воронение? Окраска каким-то химическим составом вроде расплава селитры или что-то ещё? Судя по всему, всё достаточно просто. Красивые цвета мелких деталей – лишь побочный эффект термообработки. Дело здесь обстоит почти как с цветной калкой, о загадке которой мы говорили в прошлый раз.

Как закалялась сталь

Оксидирование таким простым способом, как нагревание металла до определённого цвета, известно давно и, судя по всему, очень многим. Помню, ещё в средних классах школы прочитал замечательную «Повесть о настоящем человеке». И где-то в описании Б.Полевым сожжённой немцами деревни мелькает фраза о плугах, «посиневших от огня». Вот этот посиневший в огне металл и есть цвет т.н. «отпуска». В случае контакта с древесным углём, металл тоже получает красивый чёрно-синий цвет, а сам способ называется «огневым воронением». Говорят, что при этом образуется покрытие из слоя магнетита, но подтверждения этому я не нашёл. Или – просто не смог найти, тут без химиков не обойтись. Но, в данном случае, мы поговорим о расцвечивании поверхности стали путём равномерного нагрева.

В огнестрельном оружии, особенно старом, кроме привычного чёрного оксидирования и белого непокрытого металла, обычно встречается два цвета – различные оттенки жёлтого и синего. Простейший пример – наш револьвер обр. 1895 года – Наган. Вплоть до начала войны, весь УСМ Нагана и все пластинчатые пружины зачастую были синего цвета, а собачка и боёк курка – соломенно-жёлтого (причём жёлтый цвет последних деталей сохранялся до конца выпуска револьвера). Та же картина, во всей красе, наблюдалась и на иностранном короткоствольном оружии – часть деталей на пистолете Люгера (знаменитом Парабеллуме) изначально имела жёлтые и синие цвета, а вот пистолеты военных выпусков уже шли, как правило, полностью чёрными. Великолепными, в неподражаемом сочетании дизайна и цветовой расцветки, были легендарные пистолеты Маузера С-96.

Жёлтого цвета обычно и спусковые крючки на охотничьих ружьях. Если они не покрыты нитридом титана, то тогда это цвет низкого отпуска, получаемый при нагревании в муфельной печи при температуре не выше 240 градусов по Цельсию.

Для чего применяется отпуск деталей оружия? И почему им, деталям, оставляли и оставляют получившийся цвет?

Начнём с того, что нагруженные детали оружия всегда подвергают тому или иному виду термообработки, которая применяется для придания металлическим изделиям требуемых физико-механических свойств, без изменения химического состава стали. Это воздействие положительно сказывается на характеристиках металла, что позволяет снизить массу детали и её эксплуатационной прочности. Существует несколько видов термообработки: закаливание, нормализация, отжиг и отпуск.

Закалка – вид термической обработки металлов (нагрев, а затем – ускоренное охлаждение), после которого материал находится в неравновесном структурном состоянии, не свойственном данному веществу при нормальной (20 град.) температуре. Политехнический словарь, М.: Советская энциклопедия, 1989 г.

Отжиг – вид термической обработки, заключающийся в нагревании вещества, выдерживании его при определённой температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью. Отжиг способствует переходу неустойчивой структуры в близкую к равновесной, снятию механических напряжений, повышению пластичности и улучшению обрабатываемости. Политехнический словарь, М.: Советская энциклопедия, 1989 г.

Нормализация (франц. normalisation – упорядочение) – термическая обработка стали, заключающаяся в её нагреве до температур аустенитного состояния (примерно до 750-950 град. по Цельсию), выдержке и последующем охлаждении на воздухе. Политехнический словарь, М.: Советская энциклопедия, 1989 г.

Отпуск – вид термической обработки сплавов, осуществляемый после закалки. Различают низкий (120-250 град.), средний (300-400 град.) и высокий (450-650 град.) отпуск. Политехнический словарь, М.: Советская энциклопедия, 1989 г.

Наверняка почти все когда-нибудь пробовали калить сталь – нагревали металл на огне докрасна и бросали в воду или в машинное масло. Важнейшие параметры при закалке — температура нагрева металла и скорость его охлаждения. Конечно, в промышленности температура и способы нагрева, равно как и охлаждения, рассчитаны чётко и очень давно. Но, учитывая тот факт, что автор этой статьи имеет лишь медицинское образование, тут проще и лучше ограничиться пониманием физических процессов на школьном уровне, хотя без весьма сложных терминов здесь не обойтись.

Итак, при закалке происходит т.н. перекристаллизация стали, нагретой до температуры выше критической. Как уже было отмечено выше, нагретую металлическую деталь, после определённой выдержки, быстро охлаждают. В итоге, под воздействием резкого перепада температуры (нагревание детали при закалке обычно проводится до 700-900 градусов по Цельсию, реже – до 1200-1300 град.) металл приобретает новые свойства – становится более твёрдым, «закаливается».

 

 

Но в полученной крупнозернистой структуре металла при этом возникают ненужные напряжения, да и твёрдость стали может оказаться излишне высокой. Поэтому деталь и подвергают т.н. процессу нормализации, происходящей при нагревании и медленном охлаждении на воздухе. Собственно, если говорить предельно упрощённо, при нормализации деталь охлаждается со скоростью большей, чем при отжиге, но куда меньшей, чем при закалке. И металл приобретает более высокие свойства. При нормализации нагрев металла и охлаждение проводится не в печи, хотя даже мастера порой не видят особой разницы между терминами и особенностями технологического процесса отпуска и нормализации.

Сталь с высоким содержание углерода при нормализации становится ещё более твёрдой. А малоуглеродистые стали приобретают ещё более высокую ударную вязкость. Правильно проведённая нормализация для низкоуглеродистой стали заменяет отжиг, а для высокоуглеродистой – закалку с высоким отпуском. В ряде случаев нормализация является подготовительным процессом перед закалкой.

Процесс, осуществляющийся при 730-900 градусах, уже называется «отжиг» и, как склонны полагать некоторые уважаемые ижевские инженеры, он присутствует на спаянных латунью казённиках ружей с цельными стволами (без муфт). Вполне возможно. Но здесь нужно иметь в виду, что настоящий отжиг, с перекристаллизацией стали, для каждой марки стали имеет свою температуру.

Простейший пример отжига: помните, какой мягкой становится нагретая докрасна и медленно остывшая на воздухе жёсткая стальная проволока? Её и называют «отожжённой», т.к. структура металла перегретой проволоки становится мелкозернистой, приобретая высокую пластичность. Сломать такую проволоку очень трудно. А отжиг при температуре 200-400 градусов называют «возвратом» или, что понятнее – «отдыхом металла», в результате чего происходит уменьшение искажений кристаллических решеток металла.

Кстати, для противников ствольных муфт на ружьях сразу отметим, что муфтованные стволы не только технологичнее в производстве, но и гораздо прочнее – нет пресловутого «отжига» металла и есть упрочняющее казённики лейнирование. Хотя, когда мы ранее рассматривали проблему «отжига» казенников на первых сериях Иж-54, то выяснили, что ружья, прошедшие заводской ОТК, многократный запас прочности. Так что, с обывательских позиций, на этом зацикливаться не стоит. Тем более, температура отжига, при пайке латунью, вызывает снятие внутренних напряжений. Твёрдость стали снижается, зато увеличивается пластичность и ударная вязкость металла, что для ружейных стволов предпочтительнее.

Цвета каления и побежалости

Но идём далее. Теперь конкретнее поговорим об отпуске. Говоря об отпуске, как и об отжиге и нормализации, нужно помнить, что эти процессы очень близки, отличаясь лишь температурой нагрева и, самое главное - скоростью охлаждения стали.

Как нам уже известно, при нагревании отпускаемой детали, на её поверхности образуется оксидная плёнка. При закаливании сталь, в зависимости от используемой температуры, тоже меняет свои цвета, т.н. «цвета каления» (от тёмно-красного до белого). Что соответствует диапазону температур от 650 до 1300 градусов. Но нас интересуют цвета побежалости, получаемые при низком отпуске. Здесь цвет нагреваемого металла может колебаться от светло-жёлтого до серого (225-325 град.). Для качественной нормализации структуры стали и получения красивого цвета металлической поверхности, нужно строго соблюдать такие технологические тонкости, как равномерный и продолжительный нагрев детали и чистоту её поверхности. Т.е. – металл должен быть хорошо отполирован, тщательно обезжирен и помещён на определённое время в муфельную печь, имеющую термометр. После чего деталь должна спокойно остыть расчётное время.

Иногда можно обойтись нагреванием детали на железной раскалённой плите – так отпускали нагановские «собачки» из УСМ револьвера. Но здесь нужно иметь в виду, что таким образом может иметь место неравномерность нагрева детали – те части детали, которые касаются плиты, будут прогреваться куда быстрее, что проявится в виде разных цветов побежалости на одной детали. К тому же, без муфельной печи с термометром, очень сложно контролировать процесс отпуска по цвету – всё происходит очень быстро и вроде бы соломенно-жёлтая деталь, снятая с плиты, после остывания становится коричнево-жёлтой или пурпурно-красной.

Но и наличие печи не всегда даёт одинаковый результат. Что интересно, очень часто те же детали УСМ револьвера Нагана имели различные оттенки синего, что хорошо видно на фотографиях, иллюстрирующих статью.

Отпущенные детали оружейники оставляли в том цвете, который дала оксидная плёнка побежалости – и красиво и антикоррозийные свойства имеются. На старых технологических картах конструкторы порой так и указывали: «отпустить в синий цвет». Чем тщательнее отполирован металл перед отпуском, тем красивее будет цветной перелив. Обезжиривание можно делать любым растворителем, для условий «на коленке» ацетон вполне адекватен.

Автор когда-то использовал технологию низкого отпуска для окрашивания спусковых крючков на своём Иж-58, которые, после 40 с лишним лет эксплуатации ружья, имели не самый лучший вид. После тщательной зачистки, кропотливого профилирования деталей и шлифовки/полировки, крючки были обезжирены в ацетоне и подвергнуты отпуску при температуре 220 градусов, в стоматологической муфельной печи. Результат порадовал – абсолютно равномерный цвет побежалости, цвет получился бледно-жёлтый, металл стал как бы «тонированный», что в лучшую сторону отличалось от чрезмерного ярко-жёлтого цвета побежалости, полученной при чуть более высокой температуре. Так что «метода» вполне работает, даже при применении в «домашних» условиях. Требуется лишь соблюдение технологии, но это справедливо для любого вида деятельности человека.

Конечно, отпущенную деталь можно зачистить и оксидировать в традиционный чёрный цвет, но, во-первых, это лишние затраты, а во-вторых – традиционное щелочное оксидирование может негативно сказываться на прочности нагруженных деталей. Кстати, именно по второй причине не оксидируют курки и в современных ижевских ружьях. По меньшей мере, это утверждают ижевские инженеры-оружейники «старой» школы: мол, пробовали когда-то оксидировать курки на «ижаках», так они стали ломаться.

Наверное, на этом стоит остановиться, иначе голова кругом пойдёт не только у автора, но и у большинства читателей. Тема, безусловно, интересная и полезная. Но т.к. нам больше интересен прикладной аспект одного из типов термообработки – цвет побежалости при низком отпуске, то автор надеется, что читатели получили об этом хотя бы общее представление. Если кто-то из специалистов сочтёт размышления автора неверными или неполными – просьба писать в редакцию.

Юрий Максимов
Мастер-ружьё 06 (171) - 2011