Ковка металлов (стр. 2 из 7)
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).
Рис. 29. Рекристаллизация стали: 1 - молот; 2 - наковальня; 3 - состояние кристаллов до ковки: 4 - кристаллы, подвергающиеся ковке; 5 - кристаллы после ковки
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 (рис. 30), которая представляет собой графическое отображение фазового состава и структуры сплавов в условиях равновесия в зависимости от температуры и концентрации компонентов.
Рис. 30. Диаграмма "железо-углерод"
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
| Марки стали | Клеймо окраски | Марки стали | Клеймо окраски |
| Ст1 | белый | У7 | синий+красный |
| Ст2 | желтый | У8 | синий+желтый |
| Ст3 | красный | У9 | синий +розовый |
| Ст4 | черный | У10 | синий+черный |
| Ст5 | зеленый | У12 | синий+зеленый |
| Ст6 | синий |
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. 31).
Рис. 31. Определение стали по искре
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 |
| Ст2, Ст3 | Светло-желтый | Разветвлений искр мало, нити тонкие |
| Ст4 | Разветвлений мало, нити гуще, чем у Ст2 | |
| Сталь 10 | 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 | |
| У8, У10 | Разветвлений и звездочек много, концы нитей тонкие | |
| У12 | 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
| Т°С | Цвет каления | Т°С | Цвет каления |
| 400 | очень темно-красный | 900 | красный |
| 500 | темно-красный | 950 | ярко-красный |
| 550 | темно-вишневый | 1000 | лимонно-желтый |
| 600 | средне-вишневый | 1100 | светло-желтый |
| 750 | вишнево-красный | 1200 | желто-белый |
| 800 | светло-вишневый | 1400 | ярко-белый |
| 850 | светло-красный | 1600 | ослепительно бело-голубой |
Инструменты и приспособления.
Инструменты, которыми приходится пользоваться кузнецу, делятся по своему назначению на опорные, ударные, зажимные, подкладные, захватывающие, мерительные и вспомогательные.
Опорные инструменты: основные наковальни, небольшие наковальни для мелких изделий и шпераки.
Подкладные инструменты.
Подкладной инструмент делится на три группы:
I. Инструмент, который устанавливают под молот или ручник;
II. Инструмент, устанавливаемый на наковальню;
III. Парный инструмент.
Рис. 35. Подкладные инструменты: 1 - раскатка; 2 - гладилка с цилиндрической поверхностью; 3 - гладилка с квадратной поверхностью; 4 - гладилка с односторонней прямоугольной поверхностью; 5 - гладилка с увеличенной поверхностью; 6- пробойник; 7 - фасонное зубило; 8 - зубило для продольной рубки; 9 - зубило для поперечной рубки; 10- конический прошивень; 11- цилиндрический прошивень; 12 - след рабочих поверхностей гладилок 3, 4, 5.К подкладному инструменту относится массивная плита из стали размером 300x400 мм и высотой 150- 200 мм, по четырем боковым граням которой имеются углубления разнообразной формы и высоты: полукруглые, треугольные и т.д. Эта плита применяется при ковке различных фасонных элементов вместо подкладных штампов. На торцевых поверхностях этой плиты имеются сквозные круглые, квадратные и фасонные отверстия различных размеров, которые служат для пробивки разнообразных отверстий на изделиях. В больших кузницах, где изготавливают садовые ограды, балконные решетки и другие крупные изделия, должна быть стальная или чугунная большая плита - правило - толщиной 50-200 мм и в плане 1,5x3 м с ровной, гладкой поверхностью. Она устанавливается на специальных металлических козлах в центре кузницы. В этой плите должны быть сквозные отверстия для установки штырей, болтов и других различных приспособлений для фасонной гибки профилей, сборки конструкций и других технологических операций.
Весь подкладной инструмент I группы должен иметь рукоятки из дерева или толстой проволоки. Заметим, что рукоятки подкладного инструмента забивают во всад головки и не расклинивают, чтобы вибрация и удары через рукоятку не передавались на руку кузнеца. Проволочную рукоятку закручивают вокруг головки в горячем состоянии.
Зубило кузнечное - для рубки заготовок в горячем или холодном состоянии. Головка зубила состоит из трех частей: выпуклой поверхности, по которой наносятся удары молотом; средней части с отверстием - всадом для установки рукоятки; ножа - основной части, которая прорубает металл. Для холодной рубки угол заточки составляет 60-70°, для горячей - 15-30°. Изготавливают зубило из высокоуглеродистых сталей У7, У8, легированных 6ХС или сталей 45; 50. Форма ножа зубила может быть прямой, имеющей кривизну в горизонтальной плоскости или в двух плоскостях. Зубило с прямым ножом используют для поперечной рубки и продольной. Нож зубила для поперечной рубки расположен параллельно, а нож зубила для продольной рубки - перпендикулярно к оси рукоятки.