Мастерская художественной ковки
заказ по тел.: +7(915)2015670

Художественная ковка металлов


Кузнечные меха.

Меха . 

meha.jpg



Меха: 1 - голова; 2 - сопло; 3 - рукоятка; 4 - коромысло; 5 - стенка горна; 6 - стойка; 7 - тяга; 8, 12- грузы; 9, 11, 15 - доски; 10 - кожаная гармошка; 13, 14 - клапаны

Голова - основная часть мехов. К ней прикреплены три клиновидные доски: верхняя и нижняя шарнирно, а средняя - жестко. Нижняя и средняя доски имеют клапаны для забора воздуха, это куски кожи, прибитые одной стороной к доскам, перекрывающие круглое отверстие в нижней и средней доске. Сверху над кожей прибит ремешок, ограничивающий подъем клапана. Кожаная гармошка соединяет верхнюю и нижнюю подвижные доски со средней неподвижной. Гармошка состоит как правило из трех отделенных складок, каждая из которых соединяется с внутренним деревянным каркасом, по форме совпадающим с периметром досок. Кожа прибивается к каркасу через тонкие ремешки, чтобы гвоздь не прорвал кожу.
Голова жестко крепится к стене горна, при этом сопло плотно входит в фурму. С помощью цапф осуществляется второе жесткое крепление мехов. Работает мехами либо сам кузнец или его помощник. Клинчатые меха дают спокойное дутье и заготовки нагреваются равномерно. Если надо увеличить подачу воздуха на верхнюю доску, кладут груз, а к нижней подвешивают груз. Размеры горна и проводимые работы диктуют габариты мехов. Они могут быть метровые, полутораметровые и двухметровые. Известно, что на изготовление одного меха шло от одной до трех воловьих шкур. И все было бы замечательно, если бы эти меха не были бы так громоздки, не так быстро изнашивались из-за перегрева. К тому же довольно низкая производительность и трудоемкость процесса качания сделали кузнечные меха экспонатами этнографических музеев.
На вооружение кузнецам взамен мехов приходят механические вентиляторы с ручным или ножным приводом.
В современных кузницах применяют мощные вентиляторы, турбины с электроприводом. Недостатки этих устройств - это повышенная вибрация, шум.

Топливо для горнов.
Топливо для нагрева заготовок используют в нескольких видах: твердое - дрова, древесный уголь, кокс и уголь, жидкое - нефть и его производные (керосин, уайт-спирт, бензин), газообразное - природный газ.

Термическая обработка стали и цветных металлов.

Отжиг - нагревание стального изделия до температуры 700-900°С (в зависимости от марки стали) и охлаждение вместе с печью. Отжиг применяют при изготовлении из одного законченного изделия другое или в случае неудачной закалки.
Если закаливать неотожженное изделие, в нем могут возникнуть трещины, структура металла станет неоднородной, качество изделия резко ухудшается.
Мелкие детали отжигают, нагревая на массивных стальных плитах или углях, которые предварительно раскаляют. После детали медленно остывают вместе с нагревателем. Иногда изделие нагревают ацетиленовой горелкой, которую постепенно отводят от изделия, делая процесс охлаждения медленным. Этот метод хорош для отжига небольших стальных изделий. 


Нормализация - нагрев стали до температуры 900°С с последующим охлаждением в нормальных условиях (на воздухе) для улучшения внутренней микроструктуры стали и повышения механических свойств и для подготовки ее к последующей термической обработке.
Закалка - придание стальному изделию высокой прочности и твердости. Но от закалки сталь становится более хрупкой. Этот недостаток устраняется в процессе отпуска стали. При закалке металл нагревают до высокой температуры, а затем быстро охлаждают в специальных охлаждающих средах (воде, масле и т.п.). Из одной и той же заготовки можно получить различные структуры и свойства, в зависимости от режима закалки изделия. Для достижения наилучших результатов стальные изделия постепенно нагревают до температуры 750-850°С. Затем разогретое изделие быстро охлаждают до температуры примерно 400°С. Охлаждение должно происходить не меньше чем на 150°С в секунду, то есть охлаждение должно произойти всего в 2-3 секунды. Скорость дальнейшего охлаждения до нормальной температуры может быть любой, так как структура, полученная при закалке, достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения на нее не оказывает влияния. Охлаждающей средой чаще всего бывает вода или трансформаторное масло. В воде металл остывает с большей скоростью, чем в масле: температура воды 18°С - за секунду металл остывает на 600°С, а в масле всего на 150°С. Для повышения закаливающей способности в воду иногда добавляют до 10% поваренной соли или 10-12% серной кислоты, например при закалке плашек или метчиков. Более высокий нагрев и чрезмерно быстрое охлаждение водой приводит к нежелательным результатам - деформации стали и появлению в ней излишнего качества - напряжений. Для закалки инструментов из углеродистой стали применяют закалочные печи с температурой нагрева до 900°С, а для инструментов из легированных и быстрорежущих сталей - до 1325°С. Печи для закалки изделий бывают: камерные или пламенные, в которых изделие нагревают открытым пламенем; муфельные - нагревающие за счет сопротивления электрических обмоток; печи-ванны - представляющие собой тигли, наполненные расплавами солей, к примеру хлористым барием. В ваннах закалочное нагревание производить удобнее, т.к. температура содержащегося в ней расплава всегда постоянна и закаливаемое изделие не может нагреться выше этой температуры. К тому же известно, что нагрев в жидкостной среде происходит быстрее, чем в воздушной.

Таблица состава закалочных ванн

Солевой состав Весовой процент Температура, град. С (применяемые)
Калиевая селитра 55 150-500
Нитрит натрия 45 150-500
Хлористый натрий 28 540-870
Хлористый кальций 72 540-870
Хлористый натрий 44 700-870
Хлористый калий 56 700-870
Хлористый натрий 100 850-1100
Хлористый барий 100 1100-1350
В малогабаритных мастерских для закалочного нагрева лучше пользоваться муфельными электрическими печами, например МП-8. В холодную муфельную печь помещают изделие или деталь и затем включают для медленного нагрева до требуемой температуры. При таком способе нагрева возникающее в изделии напряжение минимально.
Отпуск смягчает негативные явления при закалке, повышает вязкость и уменьшает хрупкость изделия. Еще отпуск устраняет большую часть внутренних напряжений, возникающих при закалке. Для определения температуры при отпуске изделия пользуются таблицей цветов побежалости. Тонкая пленка окислов железа, придающая металлу различные быстро меняющиеся цвета - от светло-желтого до серого. Такая пленка появляется, если очищенное от окалины стальное изделие нагреть до 220°С; при увеличении времени нагрева или повышении температуры окисная пленка утолщается и цвет ее изменяется. Цвета побежалости одинаково проявляются как на сырой, так и на закаленной стали.

Таблица температуры нагрева стали и соответствующие цвета
Температура, град. С Цвета каления
1600 Ослепительно бело-голубой
1400 Ярко-белый
1200 Желто-белый
1100 Светло-белый
1000 Лимонно-желтый
950 Ярко-красный
900 Красный
850 Светло-красный
800 Светло-вишневый
750 Вишнево-красный
600 Средне-вишневый
550 Темно-вишневый
500 Темно-красный
400 Очень темно-красный (видимый в темноте)
При закалке многих инструментов, например молотков, чеканов, резцов и других, требуется, чтобы закаленной была только рабочая часть, а сам инструмент оставался бы сырым, незакаленным. В этом случае инструмент нагревают немного выше рабочего конца до требуемой температуры, после чего опускают в воду только рабочую часть. Вынув инструмент из воды, быстро зачищают шкуркой или трением о землю его рабочую часть. Оставшееся в неохлажденной части тепло поднимет температуру охлаждаемого конца и появится на нем нужный цвет побежалости, после этого инструмент окончательно охлаждают.

Таблица определения температуры нагрева по цветам побежалости
Цвет побежалости Температура, град. С Инструмент, который следует отпускать
Бледно-желтый 210 -
Светло-желтый 220 Токарные и строгальные резцы для обработки чугуна и стали
Желтый 230 Тоже
Темно-желтый 240 Чеканы для чеканки по литью
Коричневый 255 -
Коричнево-красный 265 Плашки, метчики, сверла, резцы для обработки меди, латуни, бронзы
Фиолетовый 285 Зубила для обработки стали
Темно-синий 300 Чеканы для чеканки из листовой меди, латуни и серебра
Светло-синий 325 -
Серый 330 -
Образование окалины на поверхности изделия приводит к угару металла, деформации. Это уменьшает теплопроводность и, стало быть, понижает скорость нагрева изделия в печи, затрудняет механическую обработку. Удаляют окалину либо механическим способом, либо химическим (травлением).
Выгоревший с поверхности металла углерод делает изделия обезуглероженным с пониженными прочностными характеристиками, с затрудненной механической обработкой. Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглерожевание, зависит от температуры нагрева, т.е. чем больше нагрев, тем быстрее идут процессы.
Образование окалины при нагреве можно избежать, если под закалку применить пасту, состоящую из жидкого стекла - 100 г, огнеупорной глины - 75 г, графита - 25 г, буры - 14 г, карборунда - 30 г, воды - 100 г. Пасту наносят на изделие и дают ей высохнуть, затем нагревают изделие обычным способом. После закалки его промывают в горячем содовом растворе. Для предупреждения образования окалины на инструментах быстрорежущей стали применяют покрытие бурой. Для этого нагретый до 850°С инструмент погружают в насыщенный водный раствор или порошок буры.
Углеродистые стали при закалке лучше охлаждать сначала в воде до температуры 400-35°С, а затем в масле. Это предотвращает возникновение внутреннего напряжения. Во время охлаждения изделие рекомендуется быстро перемещать сверху вниз.
Тонкостенные длинные детали (например, ножи) для охлаждения опускают в воду или масло строго вертикально, в противном случае они могут сильно деформироваться.
Зубила целесообразно закалить в мокром песке, который увлажняют раствором соли.
Тонкие сверла закаливают в сургуче. Для этого разогретый до светло-красного цвета конец сверла погружают в сургуч и оставляют там до полного охлаждения.

Химико-термическая обработка стали.

Благодаря такой обработке меняется не только структура металла, но и химический состав его верхнего слоя и деталь может иметь вязкую сердцевину, выдерживающую ударные нагрузки, высокую твердость и износность. Из существующих способов химико-термической обработки стали в условиях небольшой мастерской можно выполнять только цементацию. Цементация - это науглероживание поверхности стали. Этому процессу подвергают чаще всего изделия из малоуглеродистых сталей, содержащих не более 0,2% углерода и некоторых легированных сталей. Детали, предназначенные для цементации, сначала очищают. Поверхности не подлежащие науглероживанию, покрывают специальными предохранительными противоцементными обмазками.
1-ый состав простейшей обмазки: огнеупорная глина с добавлением 10% асбестового порошка, вода. Смесь разводят до консистенции густой сметаны и наносят на нужные участки поверхности изделия. После высыхания обмазки можно производить дальнейшую цементацию изделия.
2-ой состав применяемой обмазки: каолин - 25%, тальк - 50%: вода - 25%. Разводят эту смесь жидким стеклом или силикатным клеем.
Цементацию делают после полного высыхания обмазки.
Вещества, которые входят в состав обмазки, называют карбюризаторами. Они бывают твердые, жидкие и газообразные.
В условиях домашней небольшой мастерской удобнее осуществлять цементацию с помощью пасты. Это цементация в твердом карбюризаторе. В состав пасты входят: сажа - 55%, кальцинированная сода - 30%, щавелевокислый натрий - 15%, вода для образования сметанообразной массы. Пасту наносят на нужные участки изделия, дают высохнуть. Затем изделие помещают в печь, выдерживая при температуре 900-920°С в течение 2-2,5 часов. При использовании такой пасты цементация обеспечивает толщину науглероженного слоя 0,7-0,8 мм.
Жидкостная цементация также возможна в небольшой мастерской при наличии печи-ванной, в которой и происходит науглероживание инструментов и других изделий. В состав жидкости входят: сода - 75-85%, 10-15% хлористого натрия, 6-10% карбида кремния. Печь-ванну наполняют этим составом и погружают изделие или инструмент. Процесс протекает при температуре 850-860°С в течение 1,5-2 часов; толщина науглероженного слоя достигает при этом 0,3-0,4 мм.
Газовую цементацию производят в смеси раскаленных газов, содержащих метан, окись углерода в специальных камерах при температуре 900-950°С и только в производственных условиях. После цементации детали охлаждают вместе с печью, затем закаляют при 760-780°С е окончательным охлаждением в масле.
Нагрев заготовки - ответственная операция. От правильности ее проведения зависят качество изделия, производительность труда. Необходимо знать, что в процессе нагрева металл меняет свою структуру, свойства и характеристику поверхностного слоя и в результате от взаимодействия металла с воздухом атмосферы, и на поверхности образуется окалина, толщина слоя окалины зависит от температуры и продолжительности нагрева, химического состава металла. Стали окисляются наиболее интенсивно при нагреве больше 900°С, при нагреве в 1000°С окисляемость увеличивается в 2 раза, а при 1200°С - в 5 раз.
Хромоникелевые стали называют жаростойкими потому, что они практически не окисляются. Легированные стали образуют плотный, но не толстый слой окалины, который защищает металл от дальнейшего окисления и не растрескивается при ковке. Углеродистые стали при нагреве теряют углерод с поверхностного слоя в 2-4 мм.
Это грозит металлу уменьшением прочности, твердости стали и ухудшается закаливание. Особенно пагубно обезуглероживание для поковок небольших размеров с последующей закалкой.
Заготовки из углеродистой стали с сечением до 100 мм можно быстро нагревать и потому их кладут холодными, без предварительного прогрева, в печь, где температура 1300°С. Во избежание появлений трещин высоколегированные и высокоуглеродистые стали необходимо нагревать медленно.
При перегреве металл приобретает крупнозернистую структуру и его пластичность снижается. Поэтому необходимо обращаться к диаграмме "железо-углерод", где определены температуры для начала и конца ковки. Однако перегрев заготовки можно при необходимости исправить методом термической обработки, но на это требуется дополнительное время и энергия. Нагрев металла до еще большей температуры приводит к пережогу, от чего происходит нарушение связей между зернами и такой металл полностью разрушается при ковке. Пережог - неисправимый брак. Если заготовку ковать нагрев до температуры ниже Тн, то это приведет к образованию трещин. При температуре на 20-30°С выше температуры Тк в металле происходит раскристаллизация и структура остается мелкозернистой. На этом этапе надо заканчивать ковку.
При ковке изделий из низкоуглеродистых сталей требуется меньше число нагревов, чем при ковке подобного изделия из высокоуглеродистой или легированной стали.
Итак. При нагреве металла требуется следить за температурой нагрева, временем нагрева и температурой конца нагрева. При увеличении времени нагрева - слой окалины растет, а при интенсивном, быстром нагреве могут появиться трещины. Известно из опыта, что на древесном угле заготовка 10-20 мм в диаметре нагревается до ковочной температуры за 3-4 минуты, а заготовки диаметром 40-50 мм прогревают 15-25 минут, отслеживая цвет каления.



Страница 7 - 7 из 8
Начало | Пред. | 4 5 6 7 8 | След. | Конец Все


Возврат к списку