Про процессы при ковке; нагрев заготовок

При ковке изделий мастерам приходится иметь дело с материалами (сталями различных марок, цветными металлами, сплавами), которые имеют самые разнообразные физические, механические и технологические свойства.

Наиболее широко в кузнечных работах используется сталь — сплав железа с углеродом. В зависимости от количества углерода стали подразделяются на низкоуглеродистые (до 0,25%С), среднеуглеродистые (0,25—0,6%С) и высокоуглеродистые (0,6—2%С). Повышение содержания углерода увеличивает твердость и закаливаемость стали, но снижает теплопроводность и ковкость.

Из цветных металлов в кузнечном деле используют в основном медь и алюминий, а также их сплавы, например латуни (Л90, Л80, Л68, Л62 и др.), бронзы (БрОЦ4-3 и др.).

Все металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, то есть состоят из отдельных прочно сросшихся друг с другом зерен металла, между которыми располагаются в виде тонких прослоек неметаллические включения оксидов, карбидов и других соединений. Зерна, в свою очередь, также имеют кристаллическое строение, их размеры составляют 0,01—0,1 мм.

При ковке деформация протекает главным образом вследствие скольжения зерен относительно друг друга, так как связь между ними слабее, чем прочность самих зерен.

В результате ковки зерна металла вытягиваются в направлении течения металла, что ведет к образованию мелкозернистой строчечной структуры (чем мельче зерна металла, тем он прочнее). Одновременно вытягиваются неметаллические включения, что можно наблюдать даже невооруженным глазом.

Размеры зерна, а следовательно, и прочностные свойства металла в значительной степени определяются температурным режимом ковки. Поэтому ковать металл следует в определенном интервале температур, чтобы измельченные в процессе деформирования зерна затем снова не выросли под действием высокой остаточной температуры. Каждый кузнец, чтобы получить из стали качественное изделие и придать ему соответствующие свойства с помощью термообработки, должен разобраться в диаграмме состояния железо—углерод. Рассмотрим фрагменты диаграммы, на которой по оси ординат отложена температура сплава, по оси абсцисс — содержание углерода в процентах (рис. 1).


Рис. 1. Диаграмма состояния железо — углерод

Выше линии GS все стали имеют структуру аустенита — однородного твердого металла, состоящего из одинаковых по составу и строению зерен.

При нагревании углеродистых сталей до температуры ниже критической линии PS=723°C в них не происходит изменений структуры.

Нагрев заготовок

Это важная и ответственная операция, от которой зависят качество изделия и стойкость инструмента. Ковку, как правило, проводят, нагрев металл 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.

Следует также учитывать, что при нагреве углеродистых сталей происходит выгорание углерода с поверхностного слоя изделия на глубину до 2—4 мм, ведущее к снижению прочности и твердости стали, к ухудшению ее закаливаемости.

Ковать заготовку следует только тогда, когда она равномерно прогреется. Для каждой марки стали имеется свой температурный интервал ковки, то есть определены температуры начала ковки Тн и ее конца Тк . В результате нагрева металла несколько выше температуры Тн металл приобретает крупнозернистую структуру, его пластичность снижается. Нагрев металла до еще более высокой температуры приводит к неисправимому браку — пережогу, в результате чего металл при ковке разрушается.

При ковке заготовок, нагретых ниже температуры Тн, возможно образование трещин. Поэтому при ковке следует помнить пословицу: «Куй железо, пока горячо». То есть ковать металл необходимо в температурном режиме Тн —Тк (заштрихованная зона на диаграмме состояния железо — углерод). Температуру нагретого металла можно определить по цветам каления и побежалости, а марки стали — по искре (см. табл.).

Зависимость цвета каления заготовки от температуры нагрева

Цвет каленияТемпература, °СЦвет каленияТемпература, °С
Темно-красный600Оранжево-желтый 1000
Тускло-красный650Светло-жёлтый 1100
Вишнево-красный700Соломенно-желтый 1150
Светло-красный800Лимонный 1200
Густо-оранжевый900Белый различной яркости1400


Определение температуры нагрева по цветам побежалости

Цвет побежалостиТемпература, °СИнструмент, который следует отпускать
Бледно-желтый210-
Светло-желтый220Токарные и строгальные резцы для обработки чугуна и стали
Желтый230-
Темно-желтый240Чеканы для чеканки по литью
Коричневый255-
Коричнево-красный265Плашки, метчики, сверла, резцы для обработки меди, латуни, бронзы
Фиолетовый285Зубила для обработки стали
Темно-синий300Чеканы для чеканки из листовой меди, латуни и серебра
Светло-синий325-
Серый330-


Определение марок стали по искре

Марка сталиЦвет искрыФорма искры и звездочек
Ст. 2, Ст. 3Светло-желтыйРазветвлений искр мало, нити тонкие.
Ст. 4Светло-желтыйРазветвлений мало, нити гуще, чем у Стали 2.
Ст. 10Светло-желтыйРазветвлений мало, нити острые, немного звездочек
Ст. 15 и 20Светло-желтыйРазветвлений и звездочек больше, чем у Стали 10.
Ст. 20 и 30Светло-желтыйРазветвлений и звездочек много, концы нитей тонкие
У12Светло-желтыйЗвездочки мелкие, густые.
Ст. 40 и 45Светло-желтыйСильное разветвление, густые звездочки круглые, концы нитей острые.

Кузнечное ремесло. Другие документы