Что такое современная ковка? Ковка металлов

Что такое современная ковка? Ковка металлов

Ковка или кование — обработка давлением, посредством которой тягучий металл (в нагретом состоянии) уплотняется, сращивается, или получает желаемую форму. Человек, занимающийся ковкой, называется кузнецом. Ковку, как правило, производят при нагреве металла до так называемой ковочной температуры с целью повышения его пластичности и снижения сопротивления деформированию. Температурный интервал ковки зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла, а также от вида операции или перехода. Для стали температурный интервал 800-1100 °С., для алюминиевых сплавов — 420-480 °С.

Различают: КОВКА в штампах КОВКА без применения штампов — т. н. свободная КОВКА. При КОВКЕ в штампах металл ограничен со всех сторон стенками штампа. При деформации он приобретает форму этой полости (см. Штампование, Ротационная КОВКА). При свободной КОВКЕ (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или же ограничен с одной стороны. При ручной КОВКЕ непосредственно на металл или на инструмент воздействуют кувалдой или молотом. Свободную КОВКУ применяют также для улучшения качества и структуры металла.

При ковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение. Машинную КОВКУ выполняют на специальном оборудовании — молотах с массой падающих частей от 1 до 5000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2-200 Мн (200-20000 тс), а также на ковочных машинах. Изготовляют по КОВКИ массой 100 т и более. Для манипулирования тяжёлыми заготовками при К. используют подъёмные краны грузоподъёмностью до 350 т, кантователи и специальные манипуляторы.

Ковка является одним из экономичных способов получения заготовок деталей. В массовом и крупносерийном производствах преимущественное применение имеет КОВКА в штампах, а в мелкосерийном и единичном — свободная КОВКА. При КОВКЕ используют набор кузнечного инструмента, с помощью которого заготовкам придают требуемую форму и размеры. Ковка железа и стали по технологии конца XIX в. процесс КОВКИ нагрев болванки Для изготовления предметов путём КОВКИ берётся отлитая стальная болванка. Её необходимо сперва нагреть. Для этого вблизи молота устраиваются нагревательные печи или горны. Их размер, форма и количество зависит от производства и размера болванок. Для мелких вещей применяются обыкновенные кузнечные горны. Для крупных — пользуются сварочными печами, нагреваемыми дровами, или каменным углем, а для нагревания больших болванок устраивают газовые печи. Печь сперва разогревают до тёмно-красного каления. Затем в неё помещают горячую болванку. (В холодных болванках внутренние слои всегда находятся в более или менее напряжённом состоянии из-за условий, в которых они после отливки затвердевают.

Если в горячую печь положить холодную болванку, то наружные слои, нагреваясь и удлиняясь, вызовут возникновение трещин в малоподатливых внутренних слоях). Такая болванка должна оставаться горячей после отливки, ей не надо давать остыть ниже тёмно-красного каления и сразу же после вынимания из формы для отливки её следует поместить в печь. Если это не удалось, и болванка начала остывать, то прежде чем поместить её в её в печь, её надо зарыть в горячий мусор для более медленного остывания. Если она остынет сильно, то надо её подогреть на полу мастерской. Даже после подогрева на полу в болванке могут возникнуть внутренние трещины. Чтобы избежать такой порчи болванки, её надо сначала подогревать только с концов. Тогда нагрев будет идти по направлению оси болванки, от её концов к середине, и расширение всех концентрических слоев будет равномерней. Предварительный подогрев — достаточно до до 300°, что легко узнать по дыму и зажиганию масла, налитого на поверхность болванки. Болванки кладут в печь по одной или несколько, в зависимости от их величины. Вначале жар держат небольшой. Затем его постепенно увеличивают и доводят до требуемой степени. Чем сильнее нагрев, тем сталь делается мягче, легче её обрабатывать под молотом и тем успешнее идёт КОВКА. Однако этим опасно злоупотреблять — чем выше нагрета сталь, тем она больше стремится кристаллизоваться при остывании, из-за чего может уменьшиться связь между отдельными кристаллами (зёрнами), и они могут разъединиться даже от одного или нескольких ударов молота.

Таким образом — болванка при КОВКЕ получит надрыв, трещину, а иногда даже отваливается целыми кусками. Это называется перегревом стали. Перегрев стали не следует путать с пережогом стали. Пережог влияет не на кристаллическую структуру металла, а уже на его химический состав, заставляя его изменяться: когда сталь долго находится под воздействием печных газов, сварочного жара, она мало-помалу теряет свой углерод и приближается к железу. Пережжённая сталь ни на что не годится, тогда как перегретую ещё можно поправить. Чем твёрже сталь, тем больше она стремится к кристаллизации и тем ниже температура, при которой она кристаллизуется. Поэтому степень нагрева надо сообразовать с твёрдостью стали: мягкая сталь переносит КОВКУ даже при сварочном жаре, около 1300° С. твёрдую инструментальную сталь выше 1000° С ковать уже опасно. для средних сортов стали температура 1000° С совершенно достаточна для КОВКИ и вполне надёжна. Низкая температура тоже не годится для КОВКИ. Во-первых, она сильно затрудняет обработку. Во-вторых — при перемещении малоподвижных частиц во время КОВКИ образуются сильные натяжения, которые иногда вызывают внутренние надрывы и трещины. Надо вести нагрев так, чтобы внутренняя часть болванки успела прогреться надлежащим образом. И хотя наружные слои всегда прогреваются сильнее, но это уравновешивается быстро вследствие их охлаждения во время КОВКИ. Вообще, для успешной КОВКИ надо принять за необходимое правило, что кроме степени нагрева имеет очень важное значение и равномерность нагрева. Для этого после посадки болванки в печь, надо температуру поднимать очень медленно, наблюдая, чтобы болванка нагревалась одинаково со всех сторон. Время нагрева зависит главным образом от величины болванки и от жаровой способности печи. На Обуховском заводе для нагрева 1800-пудовой болванки требуется около 27 часов, для 900-пудовой около 12 часов, для 300-пудовой около 8 часов. обжимка болванки Стальная болванка — это не одно сплошное однородное тело. Она переполнена внутри раковинами и пустотами различной формы и величины. Поэтому сразу после выдачи болванки из печи их уплотняют — ударами молотка обковывают болванку кругом, начиная от середины к нижнему концу болванки, затем к верхнему, прибыльному. Это называется «обжимкой болванки». Образовавшаяся во время нагрева окалина на поверхности болванки частью сама отваливается при обжимке, частью отбивается ломиками и счищается метлой. Поэтому болванка отливается значительно большего размера и веса по сравнению с задуманным предметом. Отношение площади поперечного сечения болванки к площади готового изделия принимали раньше от 6 до 10. Теперь, при более плотных отливках, довольствуются отношением от 3 до 4. заготовка Обработку стальной болванки под молотом можно разделить на две части: на заготовку и на окончательную отделку. Заготовка предназначена для того, чтобы уплотнить болванку, и придать ей в грубом виде необходимые размеры и формы. Формы и размеры заготовок и способы КОВКИ зависят от вида изделий. Заготовки по виду разделяются: на заготовку сплошных цилиндров, пустотелых цилиндров, колец, заготовку плоских вещей, и т. п. Способы КОВКИ при этом таже имеют разные названия. Заготовка сплошных цилиндров. При такой заготовке обжимка болванки производится на вырезном нижнем бойке, где после каждых нескольких ударов молота её поворачивают на 1/8 оборота и, после образования восьмигранника, подвигают на ширину верхнего бойка и продолжают КОВКУ. Когда, таким образом, обожмут всю болванку, её опять подвигают на старое место и, ударяя молотом по граням, образуют шестнадцатигранник. Сообразно диаметру цилиндра продолжаютКОВКУ, пока болванка не примет надлежащих размеров. При такой обработке она уменьшается в диаметре, а металл при обжимке перемещается по направлению оси, и вследствие этого болванка удлиняется, вытягивается, отчего и самую обработку называют вытягиванием. В случае, если при таком вытягивании заметят на поверхности болванки трещины, или другие пороки, тогда останавливают КОВКУ, пока их не вырубят кузнечными зубилами.

Верхний конец, так называемый прибыльный, заключающий в себе всегда пустоты, считается негодным для употребления и потому 1/4 по весу болванки отрубается, что носит название отрубки прибыли. Для рубки употребляется стальной топор, который накладывается на верх болванки и вдавливается молотом в её тело. Потом на верх топора накладываются бруски квадратного сечения и продолжают нажимать молотом, пока топор не углубится до половины тела болванки; наконец, её поворачивают на 180° и таким же образом продолжают рубку с противоположной стороны. Подобным образом разрубается на части заготовленная болванка, когда она предназначается для изготовления нескольких предметов. При заготовке больших изделий молот за один нагрев не успеет обжать и заготовить всей болванки, поэтому сперва обжимают и заготовляют нижнюю половину болванки, потом переносят державку на отделанный уже конец, подогревают остальную часть болванки, обрабатывают её таким же самым образом, и, наконец, отрубают прибыль. Если цилиндр должен иметь на конце уступы, или фланцы, диаметр которых больше, чем поперечник болванки, тогда после обжимки болванки и отрубки прибыли нижний боек удаляется прочь, а на его место устанавливается болванка стоймя (на попа) и ударами молота осаживается, причём диаметр её, в особенности на концах, увеличивается. ДлявыКОВКИ вала меньших размеров, или такой длины, что он не помещается стоймя под молотом, пользуются услугами так называемой балды, подвешенной на цепи, посредством ударов которой осаживают конец вала. Для заготовки изделий кольцеобразной формы, как, например бандажей, скрепляющих орудийных колец и проч., сперва, как было сказано выше, болванку обжимают, вытягивают, очищают от окалины и трещин, отрубают прибыль и разрубают на куски; после вторичного нагрева каждый кусок немного осаживают, или сплющивают в виде лепёшки. Потом пробивают отверстие посредством пробоя или прошивня, вдавливая его сперва с одной стороны до половины, потом, повернув болванку — с другой. Дальнейшая обработка кольца, то есть разводка, производится уже на оправке в особой стойчатой наковальне. Разводку бандажных шин производят на особой наковальне с рогом, где, кроме того, посредством раскатки а, делают выступ, называемый ребордой. Для изготовления более длинных пустотелых цилиндров, как, например, скрепляющих орудийных оболочек, сперва отрезают на токарном станке прибыльную часть болванки, потом высверливают вдоль оси насквозь отверстие около 30 см в диаметре и, после нагрева болванки, просовывают в отверстие железный пустотелый стержень и на нем её обжимают. Такая обработка носит название К. на штревеле. Чтобы стержень не нагревался и не сжимался вместе с болванкой, внутри него постоянно циркулирует вода. Когда К. окончена, вынимают штревель из цилиндра посредством особого прибора, представляющего собой гидравлический пресс, или домкрат. Он состоит из пустотелого цилиндра А с двойными стенками а и а 1, между которыми пускается вода для выдвигания второго цилиндра В, который упирается в гайку С, навинченную на конец штревеля. На другом конце цилиндра А укреплена муфта D, упирающаяся в откованную оболочку. Вода выдавливает цилиндр В, который тянет за собой штревель. Заготовка для вещей прямоугольного поперечного сечения производится на плоских наковальнях, где, после предварительной обжимки, болванку сплющивают сперва наплоско, потом поворачивают на 90° и куют на ребро. Надо заметить, что вообще при ударе молота удлинение совершается по направлению её оси, по перпендикулярному же направлению перемещению частиц мешает трение о поверхность бойка и наковальни. Чтобы К. расширить размеры болванки по этому последнему направлению, раздают металл посредством раскатки. Для этого на поверхность болванки, по направлению её оси, накладывают полуцилиндрический валик, называемый раскаткой, и ударом молота вдавливают его в тело. После такой раскатки по всей поверхности болванки металл расползается по направлению стрелки, а причинённые неровности выглаживаются потом ударами молота. Такой обработке подвергаются броневые плиты. Для изготовления коленчатого вала, заготовляется сперва прямоугольный брус, в котором, посредством топора, делают два надреза. Потом молотом отгибают оба конца, отрубают топором (как показано пунктиром) образовавшиеся выступы и, наконец, обжимают, закругляют и отделывают шейки. Эта сложная работа требует много времени, частых нагревов, ловкости и опытности кузнеца. Вырез, показанный на чертеже пунктиром, производится на долбёжном станке. Цапфельное кольцо (с шейками) для орудий заготовляется следующим образом. Отрезанный диск от болванки сплющивают, после нагрева, под молотом в продолговатый брус и пробивают в нём продольную щель посредством клинообразного прошивня. Потом коническими оправками расширяют постепенно эту щель, пока отверстие не примет круглой формы, и, наконец, на горизонтальной оправке разводят до надлежащих размеров. Вообще для разных предметов требуются разные заготовки. От умелости выбора приёмов, от рациональной последовательности переходов из одной формы в другую, в особенности при более сложных конструкциях, зависит успешность К. и уменьшение расходов на лишний нагрев и угар металла. окончательная отделка II. Окончательная отделка. После заготовки предмет имеет довольно грубую и неровную поверхность, для выравнивания которой оставлен некоторый запас против требуемых размеров. Для этого предмет очищают ещё раз зубилом от всех трещин, волосовин и лёгкими и частыми ударами молотка проходят кругом всю его поверхность. Наконец, окончательно проверяют предмет посредством кронциркулей, линеек, или шаблонов и, если окажется надобность, его выправляют и т. п. Для придания более чистого и гладкого вида употребляются разного рода гладилки и штампы, а иногда во время ударов молота поливают поверхность водой, вследствие чего приставшая окалина лучше отскакивает и предмет выходит чище. Такое выглаживание производится всегда в самом конце, когда изделие уже остыло до буро-красного каления и поэтому носит название холодной К. или наклепки. После наклепки замечаются всегда такие же явления, как и при закалке, то есть металл делается твёрже и менее тягуч и образуются внутренние натяжения. Вследствие малой подвижности металла, при сильной наклёпке, нарушается связь между частицами и даже иногда получаются внутренние трещины. Если отполированный разрез сильно наклёпанного бруска подвергнуть действию слабой кислоты, то образовавшийся при этом рисунок прямо показывает на внутреннее изменение металла. Вначале предполагали, что наклёпка увеличивает абсолютную плотность стали однако, дальнейшие опыты показали обратное. Так, например, при волочении проволоки, после первого прохода через волочильную доску, плотность её уменьшилась с 7,839 до 7,836; после второго до 7,791, после третьего до 7,781. Кстати заметить, что при наклёпке меди или серебра получаем результаты совершенно противоположные. Так как влияние наклёпки аналогично закалке, то, чтобы придать металлу желаемую твёрдость и упругость, очень часто прибегают к наклёпке. При изготовлении таких изделий, как, например резцы, инструменты, клинки и пр., этот способ оказывает большую услугу, но что касается более крупных вещей, при которых получается только поверхностная наклёпка, вызывающая внутренние натяжения, этот способ, вместо пользы, приносит изделию только вред. Лучшим доказательством служит пример изготовления локомотивных или вагонных осей, у которых шейки отделаны штамповкой. При пробе на изгиб таких осей часто случается, что при ударе груза по середине оси отламывается её конец, как раз в том месте, где была отштампована шейка. Хотя все эти вредные натяжения можно уничтожить, или, по крайней мере, уменьшить отжигом (см. Отжиг стали), однако никто не может поручиться, что во время самой наклёпки не образовались уже трещины, которых отжиг исправить не в состоянии. При изготовлении более сложных поковок, где неизбежно применять штамповку, гораздо лучше совершать это при высоком нагреве, тем более, что сталь в раскалённом состоянии хорошо выдерживает штампование и отчётливо воспроизводит форму штампы; чтобы воспрепятствовать образованию натяжения, надо делать её в несколько приёмов, каждый раз подогревая сталь до надлежащей температуры. После обработки болванки под молотом, не прибегая даже к наклёпке, всегда появляются внутренние натяжения, происшедшие вследствие неравномерного остывания концентрических слоев, и вследствие того, что разные части болванки приходится ковать при разных температурах. Чем больше диаметр откованной болванки и чем резче переход от одной формы к другой, тем неравномернее происходит остывание и тем резче будут проявляться внутренние натяжения. Для избежания трещин и искривления откованных изделий, зарывают их сейчас же после К. в горячий мусор. Подобное зарывание может принести пользу, когда вещь довольно простой формы и когда она ещё красная. В противном случае надо непременно подвергать изделие отжигу, то есть осторожно его подогреть до температуры около 700°, затем, замазав печь, дать ему медленно остыть до полного охлаждения. Выше было упомянуто, что назначение КОВКИ, кроме сообщения требуемой формы, заключается ещё в уплотнении металла вследствие пороков, встречаемых внутри болванки. Газовые пузыри, образующиеся при затвердевании стали, размещаются, главным образом, снаружи. Большинство из этих пузырей, имея сообщение с окружающей атмосферой, окисляется под действием печных газов и покрывается внутри слоем окалины, которая не дозволяет им свариваться при обжимке болванки под молотом, а потому они только сплющиваются в виде прослоек и вытягиваются в виде волосовин. Толщина рыхлого слоя откованного предмета зависит от величины пузырей, глубины их размещения в болванке и от большей или меньшей обработки под молотом. Поэтому всякое откованное изделие, подвергающееся окончательной отделке на токарных или строгательных станках, должно иметь соответствующий запас металла, для удаления рыхлого слоя. Чтобы получить чистую и гладкую поверхность, достаточно оставить, для удаления рыхлого слоя запас на обточку толщиной в?» для больших и от?» до?» для мелких предметов. Кроме уплотнения пороков в болванке, К. изменяет и свойства самого металла. Если сравнить изломы кусков стали, взятых от одной и той же болванки до и после её проКОВКИ, то они представляют большую разницу. Первый из них крупнокристаллический с блестящими и сильно развитыми плоскостями отдельных зёрен, второй же мелкозернистый, матовый и как бы аморфного сложения. Испытывая на разрыв эти бруски, оказывается, что как упругость и прочное сопротивление, так и удлинение кованного бруска гораздо больше. Поэтому долгое время полагали, да ещё и до сих пор многие такого убеждения, что К., вследствие своего сильного давления, производит сближение частиц между собой, их сжатие, а тем самым и уплотнение самого металла, и благодаря только такому действию, сталь приобретает другие свойства. Придавая К. такое значение, старались подвергать болванку как можно большей обработке и давать по возможности большее отношение площади поперечного сечения болванки к площади изделия. Однако, более тщательные исследования не оправдали этого взгляда. Во-первых, опыт показал, что удельный вес кованной стали меньше, чем литой. Ещё в 60-х годах Н. В. Калакуцкий доказал, что удельный вес литой стали, при отсутствии пороков, есть предел её уплотнения и что К., увеличивая гравиметрическую плотность болванки, уменьшает её абсолютную плотность. Из его опытов видим, что удельный вес куска стали от литой болванки равен 7,852; удельный же вес куска от этой болванки после нагрева его до светло-красного каления и хорошей проКОВКИ равнялся 7,846. Во-вторых, что повторительные нагревы и проКОВКА не влияют уже на увеличение сопротивления и вязкости. В-третьих, что простым нагревом до известной температуры и соответственным охлаждением можно достигнуть таких же результатов относительно структуры, повышения упругости и вязкости металла. Это последнее явление было впервые замечено Д. К. Черновым и опубликовано в «З. И. Т. Общества», 1868 г. Этот факт объясняется тем, что сталь при нагревании, начиная с некоторой температуры, принимает воскообразное состояние, то есть что отдельные зерна её размягчаются и слипаются между собой в виде тестообразной несжимаемой массы. Если станем охлаждать эту массу, тогда частицы опять собираются в отдельные зерна или кристаллы и эта группировка продолжается до тех пор, пока сталь не остынет до некоторой определенной температуры около 700°, ниже которой кристаллизация совершаться уже не может (см. Критические точки стали). Чем более нагрета сталь, то есть чем больше размягчена, и чем медленнее и спокойнее она остывала, тем более свободы и времени имели частицы для этой группировки. Если же во время этого охлаждения воспрепятствуем частицам свободно собираться в отдельные зерна ударами молота или вальцовкой, или посредством быстрого охлаждения не дадим времени к подобной группировке, или, наконец, если сталь нагреем только до температуры и позволим ей медленно остывать от этой температуры, ниже которой кристаллизация невозможна, то во всех этих случаях получим более или менее мелкозернистое сложение. Если остановить КОВКУ при температуре выше 700°, то группировка частиц опять возможна и структура стали будет зависеть от этой температуры. Если же, наконец, нагреем болванку до очень высокой температуры и позволим болванке некоторое время остывать без КОВКИ, то кристаллизация может принять такие размеры, что сталь теряет свойства ковкости и носит название перегретой стали. Надо заметить, что эти замечательные исследования были сделаны г. Черновым ещё в 1860-х гг., и что они послужили исходной точкой для всех дальнейших исследований и теперешних теорий стали. Таким образом, на перемену структуры, от которой зависит вязкость и прочность стали, имеет влияние главным образом степень нагревания и условия остывания. Ковка препятствует кристаллизации и уплотняет пороки в болванке. Для успешности КОВКИ надо стараться ковать быстро, чтобы не оставлять какого-нибудь места болванки долгое время без ударов молота. Поэтому при обжимке и вытягивании больших болванок, лучше довольствоваться зараз меньшей степенью обжимки и обрабатывать их в несколько приемов, проходя ударами молота каждый раз всю нагретую часть. Кроме того, нельзя допускать, чтобы болванка, нагретая до высокой температуры, дожидалась долго КОВКИ или остывала в печке. При таких благоприятных условиях кристаллизация совершается очень быстро и болванка получает свойства перегретой стали. Лучше тогда дать болванке спокойно остыть, снова её нагреть до надлежащей температуры и затем ковать. При обработке стальных болванок имеет очень важное значение, как с экономической стороны, так и относительно влияния КОВКИ на качество изделия, сила молота, то есть отношение веса бьющей части к весу обрабатываемой болванки. Если принять вес бабы G и вес болванки g, то общепринятое отношение G/g = 2 доходит до 1. Однако, это отношение очень условное и зависит от многих причин, главным образом от формы изделия, приёмовКОВКИ, сорта стали, допускающей более или менее сильный нагрев и, наконец, от приспособлений, имеющихся при молоте. Для обжимки болванок или для изготовления цилиндрических валов отношение G/g = 1 может быть допускаемо только в крайних случаях; вообще, для успешности действия куют при отношении 2. Так, например, под 5-тонным молотом можно свободно отковать орудийную трубу из болванки в 3 тонны, но для изготовления такого же веса коленчатого вала, следует употребить, по крайней мере, 15-тонный молот. Чем тяжелее молот в сравнении с весом болванки, тем энергичнее идётКОВКА и тем глубже передаётся давление внутренним слоям болванки. Слабые удары передаются только поверхностным слоям, которые поэтому уплотняются и вытягиваются больше внутренних и откованная болванка при этих условиях имеет вогнутые концы. Подобного рода явления замечаются чаще всего на КОВКЕ больших болванок. Поэтому для их успешной КОВКИ приходится иметь громадных размеров молоты или же прибегать к частым подогревам. В настоящее время для КОВКИ стальных болванок стали применять гидравлические прессы, называемые пресс-молотами или жомами. Отлагая описания устройства и действия разных систем жомов, о чём будет подробно сказано в статье Пресс-молот, представителем которых есть ковальный пресс Витворта (см. Витвортов жом), сравним только в общих чертах действие парового молота и жома на болванку. Мгновенный удар молота, с громадной вначале живой силой и с полнейшей потерей в конце своего действия, распространяясь по верхней плоскости болванки, переходит по реакции и на нижнюю, соприкасающуюся с наковальней; промежуточные же слои, исполняя только передаточную роль, перемещаются, а вместе с тем и уплотняются гораздо меньше. Жом, с момента соприкосновения бойков с болванкой, своим растущим от 0 до 3 тонн давлением передаёт его, во все время нажимания, одинаково всем слоям металла. Расползанию наружных слоев металла, в плоскости нормальной к направлению давления, мешает трение о поверхности бойков, и вследствие этого, во время давления жома, главным образом перемещаются частицы внутренних слоев, которые уплотняются больше наружных, то есть жом производит действие обратное молоту. Это, впрочем, может быть устранено применением более узких бойков. Предположение лучших качеств металла, откованного под жомом, чем под молотом, пока ещё не оправдывается, тем более, что качество плотного металла зависит, главным образом, от температуры нагрева болванки, от температуры, при которой была остановлена КОВКА и от условий, при которых остывала болванка. Жом имеет большое преимущество перед молотом в экономическом отношении, так как он ускоряет К. в несколько раз в сравнении с молотом. Однако, надо заметить, что силой жома чересчур нельзя злоупотреблять.

Старинные решетки, ворота, флюгера, скамейки, дверные ручки, каминные принадлежности, прочие предметы — напоминают нам эпоху Средневековья, невольно притягивая взгляд. Этим объясняется популярность, которую приобрела технология художественной ковки стали в изготовлении современных элементов дизайна интерьера.

Металл обладает удивительными свойствами, чем и привлекает человека многие тысячелетия. Он поддается плавлению, литью, штамповке, кручению, волочению, чернению, эмалированию… А в умелых руках специалиста ковкий металл способен преобразиться в настоящие произведения искусства.

Ковка стали – самый волшебный технологический процесс обработки металла, результатом которого может стать появления из обычного бруска стали ажурной розы, а на прутьях арматуры могут «распуститься» листья, бутоны, шишки, завитушки…

Кованые предметы ручной работы, придающие интерьеру свой оригинальный стиль, по функционалу можно разделить на:

  • Лестницы кованые – например, изящная винтовая конструкция или классическая лестница с коваными перилами;
  • Мебель – столы, стулья, диваны кресла (имеются в виду каркасные элементы), кровати, подставки под книги или цветы и многое другое;
  • Ограждающие защитные элементы – оконные решетки, заборы ворота, калитки;
  • Элементы декора – аксессуары без явно выраженных функциональных свойств: статуэтки, цветы, панно и пр.;
  • Изделия мелко функционального назначения — каминные принадлежности, вешалки, лампы или подсвечники.

Методы ковки стали

Ковка железа – это целенаправленная деформация, нагретой до температуры повышения пластичности, заготовки из ковкой стали при помощи ударов молотка, молота или использования механических приспособлений.

  • Холодная ковка стали – преимущественно применяется для изготовления большого количества однотипных элементов. Технология предполагает использование специальных автоматизированных приспособлений, упрощающих процесс деформации металла. Таким способом изготавливаются отдельные элементы кованых заборов, решеток.
  • стали – позволяет изготовить оригинальные и часто неповторимые изделия. Металл при горячей ковке предварительно разогревают до температуры повышения его пластичности. Затем при помощи наковальни, молотка или кувалды и других приспособлений металлу придается нужная форма

Технологический процесс ковки подразумевает использование таких приемов:

Рубка — процесс разделения поковки (заготовки) на несколько частей.

Разрубка (прорубка) — предполагает надрубку детали с лицевой плоскости.

Обрубка – формование заготовки путем обсечения лишнего металла по линии внешнего контура.

Вырубка – аналогичный процесс, только выполняемый по линии внутреннего контура.

Осадка – процесс, приводящий к увеличению площади сечения заготовки, происходящий за счет ее укорачивания. Применим, как к целому изделию, так и к его части.

Вытяжка – приводит к удлинению заготовки благодаря уменьшению площади ее поперечного сечения. Можно «вытягивать» как все изделие или только часть его.

Пробивка отверстий – это процесс вырубки части металла круглой или квадратной формы.

Гибка — придает заготовке криволинейную форму. Различают сгибание: на конусе или без, по шаблону, по дуге, под углом.

Закручивание – техника ковки, предполагающая поворот на определенный угол одной части заготовки относительно другой.

Отделочные работы — предназначены для удаления последствий контакта молота или кувалды с заготовкой, а также создание дополнительного рельефа, надписей, чеканки изображений и пр.

Термические особенности художественной ковки

Само название «горячая ковка детали» уже подразумевает, что поковку перед целенаправленной деформацией необходимо нагреть, чтобы металл стал ковкий.

Технология нагрева материала использует кузнечный горн, поддержание рабочего состояния которого, само по себе уже целая наука. Процесс горения в нем регулируют принудительной подачей воздуха с помощью электровентилятора, а удаление продуктов горения – принудительной вытяжкой. Расположение горна должно обеспечивать беспрепятственный трехсторонний подход к нему.

В качестве топлива используются:

  • дрова, торф, каменный уголь, кокс, древесный уголь — твердое топливо;
  • мазут – жидкое топливо;
  • природный или генераторный газ – газообразное топливо.

Сталь для ковки необходимо нагревать от 800 до 1110 О С. Сущность нагрева в том, что при такой температуре материал для ковки существенно увеличивает свою пластичность, снижая в десятки раз прочность, то есть .

Ковка стали, нагретой только до температуры (400 – 480 о С), может привести к образованию трещин в поковке, так как сталь при таком нагреве обладает повышенной хрупкостью. Не менее опасен перегрев стали (инструментальной). Вообще, чтобы металл был ковкий, его необходимо нагревать до нужной температуры медленно. Для массивных заготовок время нагрева, естественно, увеличивается.

Правильная горячая ковка детали приводит к улучшению структуры и качества металла. В нем измельчаются крупные кристаллы, завариваются «микропустоты». То есть структура стали становится мелкозернистой, приобретая волокнистое строение. А это очень серьезно изменяет физико-механические качества металла в позитивную сторону.

Инструмент для ковки и оборудование кузницы

Стали в домашних условиях требует наличия горна, наковальни, инструмента и… кузнеца, то есть Вас. О горне мы уже немного поговорили. Теперь о наковальне.

Наковальня – второй функциональный атрибут кузницы. Чаще всего используют однорогую наковальню, закрепленную на массивной подставке.

Рабочий инструмент кузнеца – ручник – третий обязательный атрибут кузницы. Масса ручника от 1 до 2,5 кг при длине рукоятки до 35 см выбирается, исходя из физических данных кузнеца.

Использование следующего инструмента – кувалды (масса 3-10 кг при длине рукояти 60-80 см) предполагает наличие в кузнице молотобойца. Самый неутомимый в современной кузнице «молотобоец» — пневматический, рессорно-пружинный или фрикционный молот.

Поковку удерживают с помощью клещей, набор которых предназначен для выполнения манипуляций с деталями различных форм, размеров.

Дополняют арсенал кузнеца формовочные плиты, различные просечки, оправки, подбойники, обжимки, большинство из которых изготавливается самим кузнецом, чтобы выполнить различные виды ковки.

Для выполнения отделочных работ: шаберы, напильники, штампы чеканочные и пр.

Но! Давайте без фанатизма в ручном труде!

О некоторых элементах кованых конструкций…

Скоба

Скобы применяются для соединения двух или более элементов между собой. Именно скоба придает или забору вид «кованного изделия». Благодаря тому, что скобу изготавливают и обжимают на скрепляемых деталях в горячем состоянии, она при снижении температуры сживается, создавая прочное надежное соединение.

Рассеченные детали

Технология рассекания поковки используется для создания эффектных декоративных элементов, как на концах заготовок, так и в их плоскости. Например, сплющенный конец квадратного прутка можно рассечь на две ветви, и каждую закруглить в свою сторону или еще раз рассечь для получения четырех ветвей.

Пересечения «внахлест»

Используют, например, при изготовлении оконных решеток — конструкций с элементами пересечения круглого или квадратного профиля. Сущность такого пересечения — все элементы «лежат» в одной плоскости, а в местах пересечения с помощью специальных оправок, в нагретых до температуры 800-1000 О С делают небольшие прогибы, компенсирующие толщину пересечения двух элементов.

Кольца, восьмерки, завитки

При небольшой толщине заготовок подобные элементы могут быть изготовлены в холодном состоянии путем сгибания их в тисках или использования специальных приспособлений.

(Превысил объем — остаток в примечаниях, если что не так — переделаю)

Сегодня, даже при таком большом ассортименте различных ножей прекрасного качества от известных производителей, ножи ручной ковки по-прежнему пользуются особой популярностью. Это и неудивительно, так как такие ножи обладают особой энергетикой и привлекательностью. А если сам клинок сделан из легированной стали и со знанием дела, то такой нож бесценен. Из различных способов собственноручного изготовления ножа наиболее трудоемким является ковка ножа своими руками. Следует отметить тот факт, что ковка ножа позволяет создать наиболее прочный и качественный клинок, который прослужит не один десяток лет и при этом сохранит свои качества. Ковка ножа своими руками — дело, требующее от мастера высокого уровня навыков владения инструментом, знания металлов и их свойств. Для тех, кто решил выковать нож впервые, описанные ниже рекомендации помогут сделать свой первый клинок.

Как выбрать сталь для ножа

Качественный самодельный нож отличает правильный подбор стали для него, от этого будут зависеть режущие и прочностные характеристики самого ножа. Чтобы правильно подобрать сталь, необходимо знать и понимать, какими свойствами обладает сама сталь. Для ковки ножа своими руками нужно ориентироваться на пять основных свойств стали — устойчивость к износу, твердость, прочность, вязкость, красностойкость.

Твердость — это свойство стали, указывающее на её способность сопротивляться проникновению в неё другого более твердого материала. Говоря проще, твердая сталь лучше сопротивляется деформации. Сам показатель твердости измеряется по шкале Роквела и имеет показатель от 20 до 67 HRC.

Устойчивость к износу — сопротивление материала изнашиванию в процессе эксплуатации. Это свойство напрямую зависит от твердости самой стали.

Прочность указывает на способность сохранять целостность под воздействием различных внешних сил. Проверить прочность можно на изгиб или при сильном ударе.

Пластичность — способность стали поглощать и рассеивать кинетическую энергию во время удара и деформации.

Красностойкость — это показатель, отвечающий за устойчивость стали к температурам и сохранению её изначальных качеств при нагреве. От того насколько сталь устойчива к термообработке, зависит минимальный показатель температуры, при котором её можно ковать. Самыми красностойкими сталями являются твердые марки, рабочая температура ковки для которых более 900 °C. При этом необходимо отметить, что температура плавления стали составляет 1450 — 1520 °C.

Все эти свойства связаны между собой и преобладание одного из них ведет к ухудшению другого. При этом то или иное свойство стали зависит от содержания в ней различных легирующих элементов и добавок, таких как кремний, углерод, хром, ванадий, вольфрам, кобальт, никель, молибден.

Наличие тех или иных легирующих элементов и их пропорциональное использование при изготовлении стали, знание свойств, которые придают легирующие элементы и добавки, позволило создавать сталь для определенных целей и нужд. Такие стали имеют каждая свою маркировку. При этом отечественные и зарубежные марки стали обозначаются по-разному. Для удобства в марке стали указан основной состав одного или нескольких легирующих элементов. Например, сталь марки У9 говорит о содержании в ней углерода в десятых долях процента. Аналогом стали марки «У» являются стали 10хх, где «хх» — это содержание углерода. И чем меньше значение, тем меньше его содержание. Или такая сталь как Х12МФ указывает на высокое содержание хрома и молибдена, что говорит о нержавеющих и высокопрочностных свойствах стали.

К отечественным маркам, которые часто используются при ковке ножей в домашних условиях, относятся все стали с маркировкой от У7 до У16 , ШХ15 , 65Г , Р6М5 , Х12МФ . Из зарубежных аналогов можно выделить сталь O-1 , 1095 , 52100 , M-2 , A-2 , 440C , AUS , ATS-34 , D-2 . Каждая их вышеприведенных марок используется в изготовлении ножей, различного инструмента и запчастей. Например, марки стали Р6М5, У7-У13, 65Г применяют для производства сверел, буров, тросов, рессор, подшипников, напильников. Поэтому именно из этих предметов народные умельцы делают ножи ручной ковки.

Конечно, можно найти и другие изделия из той или иной стали. Для этого достаточно будет прочитать полное описание марки стали и её применение в Марочнике Стали и Сплавов, а потом использовать изделие из неё для ковки ножа.

Для ковки ножа потребуется определенный инструмент кузнеца, который можно приобрести в магазине. Но можно использовать и непрофессиональный инструмент:

  • молот на 3 — 4 кг и молоток меньшего веса до 1 кг;
  • кузнеческие щипцы или обычные пассатижи, но без изоляции на ручках, а также разводной ключ;
  • тиски;
  • наковальня или её самодельный аналог из двутавра;
  • болгарка и сварочный аппарат;
  • точильный станок;
  • печь.

Если с обычным инструментом все более-менее понятно, то по поводу печи необходимо сделать некоторые пояснения. Все дело в том, что в обычном очаге сложно получить температуру более 900 °С. Да и греться заготовка там будет целую вечность. Поэтому необходимо немного усовершенствовать очаг. Если ранее Вы не занимались хотя бы закалкой металла, то придется сделать с нуля небольшую печь из толстостенного металла. Затем присоединить к ней трубу, по которой будет поступать воздух при помощи вентилятора или старого пылесоса. Таким нехитрым образом можно получить достаточно надежное горнило для доведения заготовок до температуры 900 — 1200 °С. В качестве топлива используется обычный древесный уголь, желательно такой, который дает как можно больше жару и горит подольше.

Прежде чем приступить к самим работам, необходимо сделать эскиз самого ножа.

По сути, нож довольно простой предмет, состоящий из клинка и рукоятки. Но вот каждый из этих элементов имеет целый набор составляющих. На демонстрирующем конструкцию ножа фото можно увидеть все элементы ножа и как они называются.

Также необходимо знать и о некоторых основных профилях клинков, чтобы сделать наиболее подходящий эскиз. На фото ниже приведены профили ножей.

Выбрав наиболее подходящий для Вас профиль, можно смело приниматься за создание эскиза. Конечно, опытные мастера обходятся без зарисовки, но для новичка все же важно сделать эскиз и держать его перед глазами в процессе ковки.

Ковка ножа из сверла

Сверла получили большую популярность при ковке ножей благодаря используемой в них легированной стали Р6М5, которая отличается прочностью, легкостью заточки и износоустойчивостью.

При выборе сверла для ковки следует отметить один важный момент. Большие сверла состоят из рабочей спиралевидной части из Р6М5 и хвостовика из обычной стали. Маленькие сверла обычно полностью из Р6М5. При ковке ножа из большого сверла необходимо сразу определить, где какая сталь и где между ними граница. Сделать это можно достаточно просто, всего лишь немного проточив сверло по всей длине. Там, где обычная сталь, сноп искр будет большой и желто-оранжевого оттенка. А вот там, где легированная сталь, сноп будет реденьким и ближе к красноватому оттенку. Описанная выше процедура необходима для того, чтобы определить, где у ножа будет начинаться клинок, а где хвостовик. Закончив с этим, переходим к самой ковке.

Вначале разводим огонь в печи , подключаем поддув и ждем, когда угли разгорятся достаточно сильно, после чего помещаем сверло в горнило . Но делаем это с помощью клещей и так, чтобы хвостовик большей частью оставался вне огня.

Важно! Выполняя ковку ножа впервые, можно не сразу определить, когда металл нагрелся до необходимой температуры. Вследствие чего можно испортить не одно сверло. Поэтому прежде чем браться за ковку сверла, можно немного потренироваться с нагревом и ковкой металла на обычной арматуре. При этом необходимо запоминать, какого цвета был металл и когда он ковался наиболее мягко. Также стоит помнить о том, что на солнечном свете даже нагретый до 1100 °С металл будет выглядеть темным.

Как только сверло нагреется до необходимой температуры, а это более 1000 °С , его сразу же необходимо вынуть из горнила , и зажать низ хвостовика в тисках. После чего взять разводной ключ, зажать им верхушку сверла и сделать круговое движение, расправляя спираль. Делать все необходимо быстро, чтобы металл не успел остыть, иначе рискуете сломать сверло. Если не получилось сделать это за один раз, ничего страшного. Просто повторно раскалите сверло и повторите процедуру. В результате должна получиться относительно ровная полоска металла.

Следующим шагом будет ковка сверла и раскатка металла до приемлемой толщины . Тут все довольно просто. Раскалив металл до необходимой температуры, берем тяжелый молот и начинаем сильными, но равномерными ударами ровнять металл и придавать ему ровную форму. В результате должна получиться полоска металла толщиной около 4 — 5 мм.

Важно! При ковке металла необходимо постоянно следить за цветом заготовки. Как только она начала тускнеть, приобретая вишневый цвет, её сразу же возвращаем в горн. Лучше лишний раз накалить металл, чем сломать его под ударом молота.

Далее выковывается острие ножа . Тут все несколько сложнее. Дело в том, что необходимо придать заокругленную форму и при этом сохранить необходимую толщину лезвия. Вся работа практически ювелирная и потребует определенной ловкости. Ковка выполняется таким образом, чтобы постепенно заокругливая острие, понемногу оттягивалось лезвие в длину. Удары должны быть сильные, но аккуратные. У новичка может не получиться с первого раза, но немного практики все исправит.

Следующим шагом будет проковка режущей кромки ножа . Это довольно важный и сложный этап. Для этого потребуется более легкий молот и желательно с заокругленным бойком. Начиная с середины лезвия, постепенно сдвигаем металл вниз к режущей кромке. Стараемся сделать режущую кромку как можно тоньше. При этом следим, чтобы само лезвие оставалось прямым и ровным. Удары наносим очень аккуратно и стараемся прилагать лишь столько усилий, сколько требуется для небольшой деформации раскаленного металла. Помним о цвете заготовки и при необходимости отправляем её обратно в горнило.

После того как удалось выковать лезвие и острие, переходим к проковке хвостовика . Сами работы будут намного проще, чем при выковке лезвия. Вначале накаливаем круглый хвостовик сверла и затем раскатываем его сильными ударами молота. В зависимости от эскиза хвостовик может быть как узким, так и широким. Тут уже кому как нравится делать ручку ножа. Кто-то делает простые накладки, а кто-то делает наборную рукоятку.

По завершению ковки даем металлу постепенно остыть и затем переходим к шлифовке . На шлифовальном станке снимаем лишние слои металла и неровности, делая нож идеально ровным и блестящим. При шлифовке может уйти до 2 мм толщины, и нож станет намного легче и тоньше. Также на этом этапе можно выполнить заточку ножа. Напоследок выполняем закалку ножа. О том, как это делается, будет написано ниже.

Ковка ножа из сверла видео-обзор :

Еще одним популярным материалом для ковки ножей является подшипник, а именно его внутренний или внешний обод. Причем внутренний даже предпочтительней. Все работы по ковке ножа из подшипника практически идентичны ковке из сверла. За некоторым исключением.

Во-первых, заготовку из ободка подшипника вырезаем при помощи болгарки. Длину стараемся взять с запасом, так чтобы и на нож хватило и еще 1 — 2 см осталось. Во-вторых, на начальной стадии ковки вырезанную заготовку следует приварить к прутку арматуры. И в таком виде накалять и ковать. В-третьих, если в случае со сверлом заготовку раскатывали из круглой в плоскую, то для обоймы подшипника её необходимо просто выровнять. А дальнейшие действия по ковке самого клинка и хвостовика полностью аналогичны. Единственное, что стоит отметить, — из подшипника все же удобнее делать нож с накладными рукоятками.

Ковка ножа из подшипника видео-обзор :

В поисках подходящей стали для качественного ножа многие используют рессору. Металл этой автомобильной запчасти отличается высокой упругостью и долговечностью, что делает его прекрасным образцом для ножей ручной ковки. Справедливости ради, необходимо отметить, что нож из рессоры можно изготовить и обычным вырезанием профиля ножа с дальнейшей заточкой и закалкой. Но все же, чтобы нож был действительно надежным, его лучше проковать, тем более что толщина рессоры достаточно велика, а для хорошего ножа её следует уменьшить.

Ковку ножа из рессоры начинаем с зачистки болгаркой от ржавчины и разметки пластины. Потребуется лишь небольшая часть рессоры, поэтому отметив её, отрезаем при помощи болгарки. Далее привариваем заготовку к арматуре и накаляем её. После чего постепенно проковываем, доводя до необходимой толщины. Выковываем острие и режущую кромку, как это делать, описано выше на примере ковки ножа из сверла. Добившись желаемого, оставляем нож постепенно остывать и затем шлифуем и затачиваем его.

Ковка ножа из рессоры видео-обзор :

Ковка ножа из напильника

Износостойкую и прочную сталь можно найти в различном слесарном инструменте и напильник тому яркий пример. Изготовление ножей из напильника достаточно популярное занятие. Тем более что клинки получаются на редкость долговечными с прекрасной режущей кромкой. Но ковка ножа из напильника имеет свои особенности.

Прежде всего, потребуется очистить напильник от насечек и возможной ржавчины. Сделать это можно с помощью болгарки. Далее при необходимости отрезаем от напильника заготовку необходимой длины. После чего привариваем её к куску арматуры и засовываем в горнило. Накалив заготовку до нужной температуры, приступаем к раскатке заготовки до необходимой нам толщины. Затем делаем острие и режущую кромку. Хвостовик ножа из напильника лучше всего сделать под накладную ручку.

Ковка ножа из напильника видео-обзор :

Ковка ножа из троса

Изготовление ножа из стального троса довольно редкое явление. Так как в отличие от всех описанных выше заготовок, трос представляет собой разрозненные волокна проволоки, и ковать их довольно сложно. К тому же сталь троса не обладает такими высокими характеристиками, как сталь сверла или напильника. В большинстве своем ножи из троса куют из-за их необычного рисунка на клине, отдаленно напоминающего дамасскую сталь. Для того чтобы сделать такой нож, необходимо приложить несколько больше усилий, чем при ковке из обычного бруска стали.

Ковка ножа из троса начинается, как и обычная ковка. Вот только есть несколько маленьких секретов. Во-первых, это касается хвостовика. Многие мастера делают хвостовик ножа из троса в виде готовой рукоятки. Смотрится это весьма необычно и красиво. И тут есть два подхода в изготовлении рукоятки. Взять толстый трос и затем сварить его конец, сделав монолитным куском. Или сделать рукоятку в форме петли, а из концов выковать клинок. Во-вторых, ковка троса — дело сложное из-за разрозненных проволок, из которых состоит трос. Чтобы сделать нож, потребуется их сварить между собой. А это целое искусство и рассчитывать, что нож из троса получится с первого раза, не стоит. Сварку можно выполнить двумя путями. Первый — проварить электросваркой вдоль больших канавок. Второй — выполнить кузнеческую сварку. Второй вариант сложнее и в то же время предпочтительней.

Итак, выбрав способ создания рукоятки, приступаем к ковке ножа. Для этого раскаливаем трос до ярко-красного цвета. Затем вынимаем его и посыпаем бурой. После чего вновь отправляем в горнило. Таким нехитрым образом выполняется подготовка к кузнеческой сварке. представляет собой соль тетраборной кислоты и применяется мастерами для сварки отдельных слоев стали. По сути это флюс, который облегчает процесс плавки и предохраняет расплавленный металл от попадания кислорода и устраняет оксиды металла. Буру можно найти в свободном доступе без особых проблем.

После того как трос обработали бурой со всех сторон и он раскалился от 900 до 1200°С и более, вынимаем его из горнила и начинаем проковывать. Удары наносим тяжелым молотом, но при этом стараемся сохранить волокна троса вместе. Сложность ковки троса именно в этом. Но потренировавшись можно добиться приемлемых результатов. В конце концов, трос можно накалять и проковывать сколько угодно раз. Но при этом каждый раз, нагревая его в горне, посыпать трос бурой. В результате получится монолитный кусок стали, состоящий из множества слоев, почти как у дамасской стали. После чего остается лишь выковать клинок необходимой формы. На демонстрирующих ковку ножей видео уже не раз было показано, как именно делается раскатка клинка, создание режущей кромки и острия.

Закалка и отпуск клинка

Как уже отмечалось ранее, закалка ножа — это один из самых важных этапов его изготовления. Ведь именно от того насколько правильно была она выполнена, зависят рабочие характеристики ножа. Сам процесс закалки выполняется уже после того, как нож остыл и был отшлифован на точильном станке.

Начинается с его нагрева от светло-красного до оранжевого цвета. После чего нож опускается в воду или масло. При этом в воду добавляется 2 — 3 ложки поваренной соли на 1 л, а температура воды должна быть 18 — 25 °С, масла 25 — 30 °С. Закалка выполняется довольно быстро и чтобы все прошло удачно после закалки клинок необходимо отпустить. Сама закалка стали происходит в диапазоне температур от 750 до 550 °С. Момент закалки можно даже прочувствовать, когда сталь начинает «дрожать и стонать» в жидкости. Как только процесс заканчивается, клинок необходимо достать и дать ему остыть естественный образом.

Отпуск клинка выполняется уже после закалки. Сам процесс подразумевает ослабление внутреннего напряжения стали, что делает его более гибким и устойчивым к различного рода нагрузкам. Перед тем как сделать отпуск, клинок следует очистить от возможной окалины и затем вновь нагреть. Но температура при отпуске значительно меньше. Сам нож нужно уже держать над пламенем и наблюдать за ним. Как только вся поверхность покроется желто-оранжевой пленкой, убираем нож от огня и даем ему остыть естественным образом.

Иногда закалка и отпуск производятся при помощи масла или воды, а иногда через масло в воду. Такая закалка выполняется очень быстро. Сначала клинок опускается в масло на 2 — 3 секунды, а затем в воду. При таком подходе риск сделать закалку неправильно минимален.

Ковка ножа своими руками лишь кажется простой задачей. Кроме того что придется довольно много помахать кузнечным молотом, так еще и без опыта в вопросе ковки металла с первого раза может не получиться выковать нож. Поэтому сначала необходимо набить руку и немного потренироваться, а затем уже приступать к ковке ножа.

В кузнечном ремесле приходится иметь дело с различными сплавами, цветными металлами, со сталями разных марок. Для нагрева до ковочной температуры одинаковых по размерам заготовок, но разных типов металла требуется сжечь разное количество топлива.

Теплопроводность металла — это скорость нагрева заготовки по сечению. Чем меньше теплопроводность металла, тем больше опасность образования трещин при нагреве. Например, теплопроводность сталей, особенно легированных, в пять раз меньше теплопроводности меди и алюминия. С теплоемкостью связан расход топлива для нагрева заготовки до нужной температуры. Наибольшую теплоемкость имеет стать при температуре 800-1100°С. Значит чем выше теплоемкость металла, тем больше расходуется топлива. Для кузнечных работ применяются ковкие и пластичные металлы и сплавы. Из черных металлов этими качествами обладают некоторые стали — сплав железа с углеродом. В зависимости от количества содержания углерода стали различаются как низкоуглеродистые (до 0,25% углерода), средние (0,25-0,6%) и высокоуглеродистые (0,6-2%). Увеличение содержания углерода увеличивает твердость стали, но уменьшает ковкость и теплопроводность. По своему строению сталь представляет из себя тело, образованное из кристаллических зерен, связанных между собой силой межкристаллического сцепления. В сплав стали обязательными компонентами являются железо, углерод, кремний, сера, марганец, фосфор. При содержании углерода до 0,1% сталь мягкая, хорошо куется, сваривается кузнечным способом, не принимая закалки. Такую сталь в практике называют железом. Сталь, которая отвечает всем требованиям художественной ковки, содержит от 0,1 до 0,3% углерода и до 1% других примесей. Такая сталь называется поделочной.

Сталь средней твердости содержит углерода от 0,08 до 0,85%. Она хорошо куется при надлежащем нагреве, хорошо закаливается, но плохо сваривается.

Таблица 1. Температуры начала и конца ковки углеродистых сталей

Чугун — это сталь, содержащая до 2% углерода, он хрупкий, не поддающийся ковке сплав.

Другие примеси, кроме углерода, также влияют на качество металла. Так сера и фосфор — вредные примеси.

При содержании серы более 0,04% сталь становится красноломкой, т.е. при нагреве до красного каления металл разрушается под ударами молота, а фосфор (более 0,05%) делает сталь хрупкой в холодном состоянии. Никель повышает прочность стали, а хром — твердость и износостойкость, но зато теплопроводность стали снижается, марганец уменьшает вредное влияние серы и увеличивает твердость, прочность, снижает теплопроводность. Кремний повышает прочность и упругость, но снижает вязкость и свариваемость. Для маркировки легированных сталей, применяемых в основном для изготовления кузнечного инструмента, работающих при ударных и высокотемпературных режимах приняты специальные обозначения наиболее распространенных легирующих элементов: С — кремний, Г — марганец, Н — никель, Т — титан, X — хром, Ю — алюминий, А — пониженное содержание серы и фосфора. Например, марка 18ХГТ — сталь содержит до 0,18% углерода, до 1% хрома, марганца, титана. Инструментальные углеродистые стали содержат 0,6-1,3% углерода, 0,15-0,6% марганца, 0,15-0,35% кремния, 0,03-0,35% серы и фосфора. Такие стали обозначают буквой У. Следующая за ней цифра обозначает процентное содержание углерода. Например, сталь У9 — сталь инструментальная с содержанием углерода 0,9%.

В кузнечном деле используются и цветные металлы: медь, алюминий, магний, титан и их сплавы: латуни (сплав меди с цинком) марок Л90, Л80, Л68, Л62 и др. (цифры обозначают содержание меди в процентах); оловянистые бронзы (сплав меди с оловом) — БрЦ4-3 (4% олова и 3% цинка) и др. Хорошей ковкостью отличаются алюминиевые сплавы.

Все металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, то есть состоят из отдельных прочно сросшихся друг с другом зерен, между которыми располагаются в виде тонких прослоек неметаллические вкрапления различных оксидов, карбидов и других соединений. Размеры зерна составляют 0,01-0,2 мм и оно тоже имеет кристаллическое строение.

Что же происходит в металле во время ударов молота?

При ковке деформация происходит вследствие скольжения зерен относительно друг друга, потому что прочность зерен больше, чем связь между ними. В результате ковки зерна металла вытягиваются в направлении течения металла и это ведет к образованию мелкозернистой структуры (рис. 29).

Вместе с ними вытягиваются и неметаллические вкрапления, которые придают металлу волокнистое строение. Это можно видеть невооруженным глазом. Прочностные качества металла зависят от температуры конца ковки: чем выше температуре металла в момент окончания деформации, тем лучше механические свойства металла (зерно крупнее).

Изменения, происходящие в сплавах при нагреве и охлаждении, можно определить по диаграмме состояния, которая представляет собой графическое отображение фазового состава и структуры сплавов в условиях равновесия в зависимости от температуры и концентрации компонентов.

Эта диаграмма имеет важное значение для обоснованного выбора тепловых режимов всех видов горячей обработки стали. По оси ординат — температура сплава, по оси абсцисс — содержание углерода. На диаграмме отмечены критические точки, при температуре которых происходят структурные превращения. При рассмотрении диаграммы заметим, что изменения в структуре происходят выше линии РS, так как феррит переходит в аустенит, а это значит улучшается ковкость, пластичность металла. Между линиями GS и PS присутствую зерна феррита. Ниже линии РS аустенит переходит в феррит, т.е. металл имеет высокую степень пластичности, но небольшую твердость и прочность. Между линиями АЕ и GS располагается зона благоприятных температур и структуры металла для ковки.

При температуре нагрева 1500°С, т.е. выше линии АС, сталь пребывает в жидком состоянии.

Кузнец должен уметь выбрать сталь, которая по своим качествам будет соответствовать задуманному изделию.

Завод поставщик прокатанную заготовку маркирует клеймом и окрашивает краской, согласно установленному цвету для каждой марки стали. В табл. 2 приведены установленные цвета для сталей, употребляемых для художественной ковки.

Таблица 2. Цвета для сталей, употребляемых для художественной ковки

При расходовании стали в первую очередь отрубают неокрашенный конец, конец с клеймом расходуется в последнюю очередь. Но часто кузнецу приходится иметь дело с уже побывавшем в обработке металлом или заготовки утеряли клеймо. Как определить марку стали? Оказывается, есть способы определения марки металла в условиях своей мастерской.

Различные стали имеют характерные им искры. При касании образца с вращающимся наждачным камнем происходит искрение. В мастерской необходимо иметь набор образцов различных марок стали с клеймами, который может служить эталоном при определении марки стали по искре. Этот способ дает возможность определить количество углерода в стали до 0,2% и есть ли в ней вольфрам и хром. Искры хорошо видны на черном фоне, который рекомендуется подкладывать под пучок искр. Расположить образец относительно вращающегося диска при испытании надо так, чтобы пучок искр был длиной примерно 30 см перпендикулярно линии зрения.

Глаза необходимо защитить очками.

Длина искры зависит от силы надавливания на вращающийся диск и, стало быть, добиться одинаковой длины искры можно, определив степень и равномерность надавливания и ее сохранять во время испытаний. Неравномерное давление образца на круг может дать искаженный результат. При образовании искры следует внимательно наблюдать за длиной искры, ее количеством, окраской и характером звездочек (рис. 2).

  1. Если содержание углерода около 0,12%, то искра оставляет след прямой линии, имеющей светлое и темно-красное утолщения. Пучок длинный и светлый.
  2. Если содержание углерода 0,5%, пучок короче, также светлый, но от первого утолщения начинают отделяться звездочки.
  3. Инструментальная сталь с содержанием 1% углерода дает короткий и широкий веер красноватых искр, а от первого утолщения отделяется сноп искр.
  4. Характерным для марганцовых сталей является образование звездочек на концах первого утолщения. Вид пучка зависит от содержания углерода.
  5. Хромистая сталь дает длинный веер искр, иногда красноватый с разрывом и с отделяющимися звездочками — это очень характерно.
  6. Вольфрамовая сталь дает прерывистую темно-красную искру со светлым утолщением на конце.
  7. Хромвольфрамовая сталь средней твердости дает двойную искру: красную толстую и длинную и темно-красную тонкую и короткую.
  8. Быстрорежущая сталь имеет такие же искры как у хромвольфрамовой стали, но с разрывом.

В качестве дополнения данной темы прошу ознакомиться с табл. 3.

Таблица 3. Таблица определения марок сталей по искре.

Марка стали

Цвет искры

Форма искры и звездочек

Светло-желтый

Разветвлений искр мало, нити тонкие

Разветвлений мало, нити гуще, чем у Ст2

Разветвлений мало, нити острые, немного звездочек

Стали 15, 20

Разветвлений и звездочек больше, чем у стали 10

Стали 20, 30

Разветвлений и звездочек больше, чем у сталей 15, 20

Разветвлений и звездочек много, концы нитей тонкие

Звездочки мелкие, густые

Стали 40, 45N

Сильное разветвление, звездочки круглые, концы нитей острые

Известно, что не всякая сталь закаливается. Это тоже способ определения марки стали. Необходимо нагреть кусок стали докрасна и быстро охладить в воде. Если это малоуглеродистая сталь, она не закалится и легко поддается напильнику.

Таблица 4. Таблица температур нагрева стали и соответствующие цвета.

Цвет каления

Цвет каления

очень темно-красный

темно-красный

ярко-красный

темно-вишневый

лимонно-желтый

средне-вишневый

светло-желтый

вишнево-красный

желто-белый

светло-вишневый

ярко-белый

светло-красный

ослепительно бело-голубой

Почему металл при обработке нуждается в том, чтобы его ковали, то есть, наносили удары, пока он в раскаленном состоянии. Что это дает стальной заготовке? Можно ли испортить ее неправильной ковкой или чем-то еще? Ответим на эти вопросы по порядку. Можно с уверенностью сказать, что люди начали около шести тысяч лет назад. Сначала холодная, то есть по не разогретому металлу, а затем и горячая ковка, возникла в Древнем Иране, Месопотамии, древнем Египте. Ковали изначально — медь, серебро и . Затем сыродутное железо. Ковка вообще была единственным способом придать металлу, какую-то форму. Своего пика ковка достигла в средние века, а в девятнадцатом веке, с появлением мощных заводов, стала сходить на нет. Ее заменили другие способы обработки металла, например, прокат и штамповка. Но ручная ковка, как вид , все-таки, окончательно не исчезла.

Профессия кузнеца, который занимается ручной ковкой, существует и до сих пор. В этих небольших кузницах, мастера занимаются изготовлением (в заводских условиях, например, ее сделать невозможно), художественной ковкой, делая такие удивительные и красивые вещи, которые можно создать, только куя железо вручную.

Но кроме придания формы, что еще дает этот процесс обработки металла? Изначально металл получается . Железную руду разогревают до определенной температуры и льют из нее металл, который имеет при этом зернистую структуру. Зерна металла в процессе литья очень сильно укрупняются. Также в металле могут быть внутренние дефекты: микропузыри, микротрещины и т.д. Таким образом, производится с целью уменьшения его зернистости и избавления пороков литья.

То есть помимо придания формы, в кузнице металл делают лучше. После ковки он становится более прочным, меняются физические свойства его структуры. Если говорить по-научному, то, из дендритной (сложно кристаллической), она становится волокнистой. При этом как, точнее, чем, бьют по металлу, совершенно неважно.

Кроме ручных, существуют паровые молоты. Ими работают с заготовками большего веса. Ну, а на заводах, можно встретить настоящих мастодонтов кузнечного дела, огромных и тяжелых прессов. Например, имеются, так называемые, молоты четырехтонники. Вес его активной ударной части (она называется «баба») составляет четыре тонны. Ну, и, соответственно, вес заготовок, которые они обрабатывают, тоже немаленький.

Даже в промышленных масштабах, практически весь , до сих пор подвергается ковке, прокату или штамповке. На него механически воздействуют, чтобы изменить его свойства. И теперь, вы знаете почему.

Добавить комментарий