Технология обработки металла в процессе ковки
Для изготовления кованых изделий используют черные и цветные металлы, различные сплавы и сталь. Материал для ковки отличается вязкостью и пластичностью. Известно, что под действие температуры металлы приобретают или теряют некоторые из своих свойств. Поэтому для получения того или иного эффекта используют термическую обработку металлов.
Изменение формы детали в процессе ковки, возможно, благодаря особой зернистой структуре некоторых металлов и сплавов, применяемых в кузнице. Величина зерен зависит от типа используемого материала. Между структурными зернами расположены тонкие связи из нерудных элементов, различных соединений, карбидов и оксидов. Прочность зерен и связей между ними различна, поэтому под действием ударов молота зерна сдвигаются и меняют форму, структура материала становится мелкозернистой.
Для повышения ковкости и пластичности материала используют предварительный отжиг. Для этого металл нагревают в печи до определенной температуры, после чего его охлаждают. Скорость охлаждения зависит от свойств металла, например, медь необходимо быстро охладить, только в этом случае она становится пластичной и тягучей.
Другие виды металлов охлаждать требуется медленно, поэтому это можно делать в печи, если для отжига применяется электрическая печь. Печь выключают, и заготовка остывает вместе с печью. Если отжиг производили в горне, то для охлаждения используют просеянную горячую золу. В нее зарывают заготовку и дают ей остыть.
Отжиг стали бывает низким, рекристализационным и нормализационным. Низкий отжиг применяют для увеличения ковкости инструментальной стали. Рекристализационный отжиг используют в том случае, когда структура стали нарушена в процессе ковки при низких температурах, еще его применяют когда необходимо снять наклеп.
Для того чтоб изменить структуру стали после перегрева, уменьшить структурные зерна и сделать сталь мягче перед процедурой резания, сталь нормализуют. В результате нормализации она становится не такой пластичной и более твердой, чем после низкого отжига, но эта процедура экономически выгодней.
Сталь содержит углерод, поэтому чтоб не допустить его выгорания с поверхности заготовок, перед тем как поместить в печь для отжига, их складывают в ящик и пересыпают мелким песком, металлической стружкой или древесным углем.
Не в коем случае нельзя увеличивать температуру отжига и держать металл в печи слишком долго, это снизит пластичность материала, а зернистость структуры при этом возрастет. Такой металл станет не пригодным для последующих работ.
В некоторых случаях полученному кованому изделию необходимо придать твердости, например, если это топор, меч, клинок или повысить прочность и износостойкость деталей. Тогда применяют термическую закалку стали. Для этого готовое изделие необходимо нагреть до определенной температуры, которая зависит от состава стали и быстро охладить. Процесс нагревания заготовки должен быть равномерным.
Скорость охлаждения изделий после закалки может быть разной. Охлаждение в холодной воде дает сильную степень закалки, умеренную степень закалки можно получить, если использовать в качестве охлаждающей жидкости смесь масла и воды, мыльный раствор, нефть, мазут или горячую воду. Слабую закалку получают, когда охлаждают изделие с помощью воздушного потока или расплавленного свинца.
В процессе закалки сталь становится твердой, но хрупкой, поэтому для того, чтоб частично вернуть изделию пластичность и не допустить его разрушения применяют отпуск. Для этого заклеенную сталь снова нагревают до определенной температуры и охлаждают. В результате это позволяет снизить закалочные напряжения. Когда закалку и отпуск производят за один нагрев, это называют самоотпуском.
Углеродистую сталь охлаждают на воздухе, а сталь с примесями обычно охлаждают в воде. Правильно сочетая процесс закалки и отпуск, опытный специалист может добиться оптимального сочетания твердости и пластичности изделия, а также его максимальной прочности.