Ковка металлов (стр. 6 из 7)
Кузнечные меха.
Меха изображены на рис. 50.Рис. 50. 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 5
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 6
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.
Таблица7
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.