Термическая обработка металлов

Любой материал, применяемый в ковке, имеет свои свойства и характеристики. Они соответствуют его внутреннему строению и химическому составу. Если характеристики необходимо изменить, то этого можно достигнуть путем термической обработки. В современной металлургии для каждого вида материала разработаны таблицы с указанием необходимой обработки.

В практике художественной ковки для подобной обработки не имеется оборудования, а во многих случаях неизвестен даже химический состав обрабатываемого материала.

При художественной ковке металлические материалы делят на ковкую сталь. Для изготовления декоративных замков, щитов, петель, листьев и цветов требуется материал очень пластичный и мягкий. В этом случае поможет отжиг. Обрабатываемый материал нагревают при температуре 650-720°С в течение 2-3 ч. В условиях, когда нет электрической печи, нагрев производят в горне, используя древесный уголь, под который понемногу вдувают воздух. Охлаждать материал следует как можно медленнее. При использовании электрической печи материал охлаждают вместе с печью после ее выключения. Если отжиг производят на древесном угле, то наилучшей средой является просеиваемая зола. Золу подогревают в горне, в нее закапывают отжигаемую заготовку и оставляют остывать. После такой обработки материал становится очень тягучим и из него можно получать самые сложные формы. Если требуется размягчить медь, то поступают наоборот. Медь нагревают до 500-600°С и быстро охлаждают в воде. Материал получается при этом очень тягучим.

Мастер художественной ковки поставлен обычно в такие условия, что большую часть инструментов ему приходится делать самому. В этом деле не обойтись без закалки — самого обычного способа обработки стали. Основная цель такой обработки — получить сталь с наивысшей твердостью. Закалка состоит в медленном и равномерном нагреве стали до температуры закалки и в быстром охлаждении. Быстрое охлаждение необходимо для того, чтобы предотвратить изменения в металле, происходящие при медленном охлаждении, т.е. выделение фермента и превращение аустенита в пермит. Весь аустенит при закалке превращается в мартенсит, который после цементита является самым твердым и хрупким компонентом. Способ охлаждения зависит прежде всего от марки стали.

Используемые охлаждающие среды имеют различную охлаждающую способность. Наибольшую скорость охлаждения обеспечивает холодная вода, более умеренную — масло, а самую умеренную — воздух. Охлаждающую способность воды можно увеличить присадкой поваренной соли либо соляной кислоты (приблизительно 1:10), а уменьшить — нагревом или подмешиванием известняковых веществ. При движении охлаждающей среды увеличивается ее охлаждающее действие. Углеродистые стали охлаждают в воде, легированные — в масле, а высоколегированные — в потоке воздуха. У инструмента, используемого в художественной ковке или слесарном деле, закаливают, как правило, только рабочую часть, которая непосредственно служит для обработки изделия.

Как уже было отмечено, закалка характеризуется превращением аустенита в твердый и очень хрупкий мартенсит. При слабом нагреве мартенсит переходит в другие структурные составляющие — бейнит, троостит или сорбит, которые, хотя и не так тверды, как мартенсит, но и не хрупки. Закаленный инструмент в таком состоянии называют отпущенным. Инструмент, нагреваемый под закалку, охлаждают не весь, а только его рабочую часть. После охлаждения инструмент вынимают из охлаждающей жидкости и зачищают на камне. На очищенном месте наблюдают цвет металла, изменяющийся за счет теплоты от еще нагретой части инструмента (см. таблицу). Когда появится необходимый цвет, закаленную часть инструмента опять опускают в охлаждающую жидкость и дают охладиться всему инструменту.


Шкала температур и цвета стали при закалке и отпуске, разработанная чешскими мастерами ковки

Температура, ºСЦвет нагретой стали
405Красный, едва видный в темноте
480Светло-красный, видный в полумраке
530Темно-красный, видный на свету
535Красный, видный при солнечном свете
576Красный, цвета темной вишни
580Красный, цвета среднеспелой вишни
746Вишнево-красный
800Красный, цвета спелой вишни
843Светло-красный
900Красный (средней яркости)
940Ярко-кровавый
1000Лимонно-желтый
1080Светло-желтый
1209Желто-белый
1400Ярко-белый
1660Ослепительно, бело-голубой
Цвет стали при отпуске
220Яркий, соломенно-желтый
230Соломенно-желтый средней яркости
240Соломенно-желтый
245Темно-соломенно-желтый
250Темно-желтый
255Желто-бурый
260Буро-желтый
265Красно-бурый
276Пурпурный
282Ярко-пурпурный
287Ярко-голубой (слегка)
293Ярко-голубой (полностью)
305Глянцево-голубой
315Темно-голубой

Кузнечное ремесло. Другие документы