Таблица 5. Температурные интервалы ковки

Определение времени нагрева зависит от многих факторов. Не рекомендуется брать заготовки слишком большого диаметра, так как на полное прогревание требуется слишком много времени, за которое образуется большой слой окалины. В то же время, если слишком поспешить, то внутренние слои не приобретут достаточной пластичности и могут потрескаться.

Скорость нагрева зависит также от сечения заготовки. Быстрее нагреваются круглые детали, медленнее – квадратные. У изделий большего сечения разница почти отсутствует. Нагрев в горне, заправленном древесным углем, круглой заготовки диаметром 10–20 мм происходит за 2–4 минуты, а квадратной – за 3–5 минут.

Если размеры больше 30 мм, то время увеличивается до 8–15 минут, а у заготовок диаметром до 50 мм нагрев занимает до 25 минут.

Поскольку каменный уголь дает меньшее количество тепла, то нагревать на нем деталь придется немного дольше. Для того, чтобы получить гарантированно ровный прогрев, поковки рекомендуется выдерживать в огне в течение срока, больше требуемого на 25 %.

Отжиг

Очень часто для выполнения художественных изделий требуется пластичная поделочная сталь, а под рукой оказалась только инструментальная. Как поступить в таком случае? Ковкость металла можно повысить, проведя отжиг.

Как известно, содержащая меньшее количество углерода сталь более пластична.

При отжиге сталь более высокой марки нагревается в горне при температуре 650–720 °C, что соответствует темно-красному цвету каления, в течение 2–3 часов.

Регулировать режим ковки можно интенсивностью поддува. Периодически уровень накала надо проверять, охлаждение и перегрев одинаково нежелательны.

По прошествии нужного времени горн выключают и заготовке дают постепенно остыть. Чем медленнее будет происходить этот процесс, тем пластичнее станет металл. Если отжиг проводится на древесном угле, то можно закопать заготовку в золу и оставить в таком виде на несколько часов.

Окалина

При нагревании стальных изделий на поверхности образуется слой оксидов железа, называемый в кузнечном деле окалиной. Пластичность металла после ее появления заметно снижается.

С повышением температуры окисление становится более интенсивным, особенно после 900 °C. Образование окалины гораздо сильнее при избытке воздуха, наличие которого определяется по коротким прозрачным языкам пламени. Ее верхний слой, называемый шубой, частично предохраняет металл от дальнейшего окисления.

Параллельно происходит выделение углерода из верхних слоев материала, вследствие чего металл становится менее прочным и хуже закаливается.

У заготовок большого размера часть газа из внутренних слоев переходит во внешние, и металл немного восстанавливает свою пластичность.

В условиях кузницы полностью защитить поковку от образования окалины невозможно. Для уменьшения этого процесса применяют скоростной нагрев, однако делать это можно не во всех случаях.

Следует также отметить, что образование окалины происходит не только во время нагревания, но и в течение ковки. Поэтому при переносе надо следить за тем, чтобы слой «шубы» не осыпался.

Обрабатывая металл на наковальне, окалину удаляют только с тех частей, которые подвергаются деформации. У заготовок из малоуглеродистых сталей нагар легко удаляется ударами ручника.

Перед тем как положить заготовку в горн, на нее наносят специальные обмазки. Они не только защищают металл, но и являются хорошим смазывающим материалом, снижающим время нагрева и увеличивающим пластичность металла.

Простой способ защиты от окалины мелких изделий из инструментальной стали, например чеканов, напильников и т. п., – нагревать их внутри герметично закрытой трубы.

Дефекты нагрева

При недогреве, который появляется при неправильно выбранном тепловом режиме или плохой поддувке, разные части заготовки во время ковки деформируются неодинаково. Это вызывает перекос и образование трещин.

Если прокаливается только часть заготовки, необходимо следить за тем, чтобы весь подлежащий обработке участок был одного цвета. В противном случае поковка требуемой формы не получится.

Важно следить за режимом поддува: он должен быть равномерным и давать необходимую для того или иного процесса температуру.

Часто при неправильном нагреве на поверхности металла возникают трещины. Работы с поделочной сталью, как правило, обходятся без них, поскольку данные сорта обладают широким температурным интервалом ковки.

Глубокие поперечные трещины появляются вследствие слишком быстрого нагрева заготовки, когда внутренние слои остаются еще холодными. Наиболее часто трещины образуются на поверхности, они возникают из-за того, что металл остыл до температуры, которая ниже Тк. Если при ударах молотом заготовка раскалывается на несколько частей, то это свидетельствует о пережоге стали.

Начинающему мастеру следует особенно тщательно следить за соблюдением температурного режима ковки и нагрева. Рекомендуется до начала серьезной работы потренироваться на черновых заготовках, то есть не имеющих еще правильной формы.

Вытяжка

Вытяжка или протяжка – увеличение длины заготовки за счет поперечного сечения. Чаще всего возникает необходимость отковать из куска металла прут или полосу определенного сечения. Для этого надо взять раскаленную заготовку и положить ее на наковальню. Удерживая поковку клещами, наносят по всей длине удары узким бойком молота. Бить надо быстро и часто, за один нагрев отковывая как можно больший участок. Затем заготовку вновь нагревают, поворачивают на 90° и повторяют операцию.

Для того чтобы поковка не раздавалась в ширину и вытягивалась в нужном направлении, применяют желобчатые (седлообразные) наковальни и шпераки, а также ручьи кузнечной плиты-формы. Если нужна круглая заготовка или заготовка с гранями, применяют обжимки (рис. 144).

Рис. 144. Использование обжимки при вытяжке.

 

Они не только вытянут заготовку в длину, но и выгладят ее, придав нужное сечение. Поворачивая заготовку вокруг продольной оси (для получении граней – на определенный угол), надо ударять кувалдой по обжимке и постепенно передвигать заготовку вперед. Если необходимо получить всю поковку или отдельный участок в виде пластины (например, при ковке лепестков, листьев в растительном орнаменте), заготовку или ее часть расплющивают (разгоняют). При этом площадь увеличивается за счет уменьшения толщины.

Расплющивать можно кувалдой или ручником на наковальне. Если необходимо раздать металл быстрее, надо воспользоваться раскаткой с полукруглыми рабочими поверхностями. Сила удара в таком случае будет сосредоточена на небольшом участке, и металл раздастся равномерно во все стороны.

Вытяжка с переходами

Чаще всего, чтобы выполнить протяжку с большим перепадом размеров, ее проводят в несколько этапов, в промежутке выполняя кантовку. Такая последовательность операций называется переходом. Наиболее удобная последовательность переходов: несколько протяжек с последующей кантовкой на 90°, затем на 45° и закругление с помощью обжимок, раскаток и других специальных инструментов.

Для выполнения нескольких последовательных операций существует правило: независимо от задуманного результата в процессе протяжки заготовка сначала куется квадратного сечения, затем она уменьшается до нужных размеров и только потом ей придается нужная форма.

На рис. 145 показана очередность переходов при ковке различных сечений.

Рис. 145. Последовательность переходов при ковке различных сечений: а – квадратное сечение из круглого; б – квадратное из квадратного; в – круглое из круглого; г – круглое из квадратного.

Разгонка

Одной из разновидностей протяжки, часто используемой в художественной ковке, является разгонка, или изготовление пластины из заготовки большего сечения.

Она выполняется с помощью раскатки, которая разгоняет металл в разные стороны. Последовательным перемещением инструмента создают широкую ребристую поверхность нужных размеров, потом выравнивают ее гладилками до требуемой толщины (рис. 146).

Рис. 146. Разгонка плоской пластины.

Протяжка на оправке и раскатка

Если необходимо увеличить длину толстостенной трубки или другой пустотелой заготовки при уменьшении ее толщины, надо применять вытяжку с оправкой. Оправку (она круглая или квадратная, обычно слегка коническая или пирамидальная для облегчения снятия заготовки) вставляют в поковку, саму поковку размещают в соответствующих обжимках (рис. 147, а).

Рис. 147. Примеры вытяжки с оправкой: а – протяжка на оправке; б – раскатка.

 

В процессе вытяжки поковку надо постоянно поворачивать вокруг оси (при работе с квадратной оправкой – на 90°).

Для увеличения наружного и внутреннего диаметров колец, обручей и т. п. металл раздают на оправке. Для этого надо осадить и прошить заготовку или взять готовое изделие и надеть его на цилиндрическую оправку. Оба выступающих конца оправки уложить на подставку, ударами молота раздать металл, постепенно поворачивая заготовку. Диаметр изделия увеличивается за счет утончения стенок. Готовые кольца можно раздать на конической оправке, поставленной в вертикальное положение.

Раскатка увеличивает диаметр кольцевой заготовки протяжкой стенок полосы. Ее применяют для изготовления бесшовных колец высокой прочности (рис 147, б).

Проводят эту операцию на роге кувалдой или используют верхники вогнутой формы. Если кольцо сделано из полосы с продольным распределением волокон, то поперечная деформация незначительна, а расширение идет целиком по периметру. На заключительном этапе делают выглаживание.

Осадка

Осадкой называется увеличение площади поперечного сечения детали за счет уменьшения длины. Эта операция обратна вытяжке (рис. 148).

Рис. 148. Формообразующие операции осадки: а – осадка цилиндрической заготовки; б – высадка верхней части заготовки; в – высадка нижней части заготовки; г – высадка средней части заготовки.

 

Осадка (рис. 148, а) нужна для уменьшения длины заготовки за счет увеличения толщины (поперечного сечения). Если осадка производится только на отдельных участках заготовки (на концах или в середине), то такая операция называется высадкой (рис. 148, б, в, г).

Осадку применяют для утолщения изделия по всей длине, высадку – для получения отдельных утолщений, при ковке декоративных элементов (узлов, ягод и т. п.), шляпок гвоздей и т. д.

Высадка в середине стержня или полосы проводится также перед изгибанием под углом 90°. Это необходимо для восполнения недостающего металла, иначе в месте перегиба толщина поковки сильно уменьшается.

Когда требуется высадить середину длинной заготовки, ни один из вышеперечисленных способов не подходит. Пруток надо изогнуть в форме буквы Z выше места деформации и наносить удары по изгибу. После выполнения операции заготовку выпрямляют.

Осадка применяется как предварительная операция перед прошивкой при изготовлении колец, трубок и других пустотелых изделий.

Для осадки или высадки нагревают поковку или высаживаемый участок в горне. Если длина заготовки или нагретого участка превосходит диаметр (толщину) не более чем в 2–2,5 раза, а сама поковка относительно короткая, то ставят поковку вертикально на наковальню и бьют ручником или кувалдой по верхнему концу.

Длинные изделия или участки при таком способе осадки могут изогнуться, поэтому их надо положить на наковальню, зажать клещами и осаживать молотом или ручником.

Существует также способ осадки поковки за счет ее собственного веса: для этого зажимают нагретую поковку в клещах и бьют торцом о наковальню. Но необходимо помнить, что обычно такая осадка применяется для небольших изделий.

Чтобы утолщение распространялось только в нужную сторону, заготовку после высадки куют соответствующим образом. Если высадка оказалась недостаточной, процесс повторяют. Для придания желаемой формы утолщению пользуются обжимками, подбойками и т. п.

Фигурную высадку выполняют с помощью гвоздильни. Пруток в этом случае помещают в отверстие наковальни, необходимый по длине конец оставляют снаружи и деформируют ударами кувалды.

Можно высаживать заготовку в тисках. При этом надо помнить, что нагретая часть в тисках охлаждается быстрее. Этот способ используется тогда, когда необходимо получить четкий переход от осаженной части к стержню.

Рубка

Рубкой называется разделение заготовки на части. Для этого используется зубило, разнообразные подложки и кувалда (рис. 149).

Рис. 149. Разделительные операции: а – обрубка с помошью зубила; б – обрубка с помошью зубила и подвески; в – продольная разрубка; г – разрубка отщепов в тисках; д – вырубка или просечка.

 

Для рубки заготовку нагревают до темно-красного цвета, кладут на наковальню, наставляют кузнечное зубило и сильно бьют по нему молотом (рис. 149, а). Перерубив заготовку на 3/4, переворачивают ее и отрубают окончательно. Толстые поковки перерубаются с помощью зубила и подсечки (рис. 149, б), полосы – с помощью подсечки без зубила. Подсечку вставляют в отверстие наковальни, сверху кладут полосу и наносят удар кувалдой. Нельзя прорубать металл насквозь, потому что можно повредить острые части инструмента. Для окончательного перерубания надо использовать незакаленную площадку у основания рога наковальни или подложить полосу мягкой стали (рис. 149, в). Чтобы лезвия зубила и подсечки не схватывались с горячим металлом и не выкрашивались, перед рубкой необходимо протереть их ветошью, смоченной машинным маслом.

Разновидностями рубки являются разрубка, обрубка (обсечка), вырубка. При разрубке (рис. 149, г) заготовку надрубают, оставляя прочно соединенной на каком-то участке. В художественной ковке этот прием широко применяется, при этом надрубленные зубцы отгибают, вытягивают, расплющивают и т. д., превращая в завитки, листья и цветы на общей ветке, дополнительные (поперечные) зубцы ограды по эскизу и велению фантазии.

Обрубка – это отделение металла по внешнему контуру. Вырубка (рис. 149, д) – удаление части металла по внутреннему контуру, применяемое при создании ажурных изделий или отверстий сложной формы и больших размеров. Для вырубки по сложному контуру применяется специальный инструмент – кузнечный топор (секач) с угловой или полукруглой формой лезвия.

Выбивание отверстий

В кузнице, не применяя сверлильного станка, можно делать сквозные отверстия или углубления с помощью пробойников. Существует два способа выбивания отверстий.

Пробивка

Это один из способов изготовления отверстий, при котором металл отделяется от заготовки. Ее проводят при высокой температуре пробойником, если отверстие небольшого диаметра, и с помощью специальных прошивней.

Пробивку проводят на кольце с толстыми стенками, которое устанавливают на наличнике наковальни. Сверху кладут заготовку тем местом, в котором будет пробиваться отверстие.

Прошивень берут чуть меньшего размера, чем диаметр кольца. Слабыми ударами его вгоняют в металл, который выдавливают в кольцо с другой стороны. Чтобы отверстие получилось ровным, края прошивня должны быть острыми, а зазор между ним и кольцом очень небольшим.

Отверстия диаметром до 30 мм делаются пробойниками с различным сечением рабочей части. Ими пользуются в паре с гвоздильней и кузнечной плитой, подбирая требуемые фасонные отверстия.

Работать пробойниками очень удобно, так как они имеют конические сужения к обоим концам. Это позволяет легко вынимать инструмент из отверстия или проталкивать его в отверстие.

После пробивания отверстия поверхность около него несколько деформируется. Заготовку правят легкими ударами ручника или используют гладилки.

Прошивка

Если пробивка отверстия производится за счет выдавливания металла, то при прошивке он раздается в стороны, пропуская инструмент. Чаще всего этот способ является подготовительным этапом для пробивания.

Во время прошивания отверстия импульс от ударов распространяется не только строго вниз, но и немного в стороны. Чем больше диаметр инструмента, тем больше форма заготовки прогибается внутрь. Поэтому прошивку осуществляют в самом начале обработки изделия в несколько этапов по разным схемам.

Открытую прошивку выполняют на рабочей плоскости наковальни. Пробойник погружают на 2/3 в глубину металла, затем изделие переворачивают на другую сторону и легкими ударами выбивают оставшуюся часть. При закрытой прошивке место заготовки, в котором будет пробиваться отверстие, располагают над круглым отверстием наковальни. От ударов по пробойнику металл выдавливается с другой стороны (рис. 150).

Рис. 150. Прошивка отверстия пробойником.

 

Инструмент погружают примерно на 1/2 глубины металла, затем заготовку вынимают и, не отнимая пробойника, делают легкий удар, чтобы точно обозначить место с другой стороны. Затем поковку переворачивают, ставят над отверстием и выбивают прошивнем металлическую пробку.

Во время работы инструмент рекомендуется немного покачивать после каждого удара. В противном случае он застревает и требуются большие усилия, чтобы продвигать его дальше.

При прошивке глубоких отверстий пробойник необходимо периодически погружать в воду, так как иначе он сам может начать деформироваться. К тому же охлажденный он дает усадку и легче проходит в отверстие.

Другой способ обезопасить инструменты – насыпать в образующееся отверстие немного угольного порошка. При работе он будет гореть, а образовавшиеся газы будут выполнять роль смазывающего вещества и предотвращать взаимодействие металлов.

Раздача

При прошивке и пробивке образуются отверстия, края которых имеют коническое сужение. Для исправления этого дефекта используют бочкообразные оправки, которые проталкивают сквозь отверстие. При этом стенки вдавливаются внутрь, и отверстие получается правильной цилиндрической формы.

У отверстий, выполненных с помощью пробивки, сужение направлено к нижнему краю, а максимальная ширина соответствует наибольшему сечению прошивня. У тех же, которые сделаны пробойником, сужение идет к центру и внешние отверстия имеют диаметр, соответствующий сечению погруженной в металл части инструмента. Это следует учитывать при выборе размера пробойника.

При раздаче тонкие стенки детали могут выпучиваться за внешние границы. Чтобы устранить этот дефект, в отверстие вставляют стержень такого же диаметра, кладут заготовку горизонтально на наковальню и делают осадку выступа.

Инструмент при выбивании отверстий располагают вертикально, первые удары наносят слабо, чтобы наметить место и создать направление деформации.

Гибка

Если поковке придается изогнутая форма по заданному контуру, то такая кузнечная операция называется гибкой. При гибке происходит неравномерное деформирование различных частей заготовки. Те слои, которые расположены у внешнего края угла, растягиваются, внутренние, наоборот, сжимаются. За счет этого толщина изделия уменьшается на величину, называемую утяжиной.

В процессе такой деформации главное – избежать появления трещин на внешней части. Она подвергается наиболее сильному воздействию, которое зависит от величины угла сгиба, пластичности металла, толщины заготовки и направления волокон.

Чаще всего гнется горячий металл, но тонкие полосы поделочной стали гнутся и в холодном виде. Деформация такой полосы более упругая, поэтому ее лучше делать на угол, на несколько градусов больше, чем требуется.

Приемы гибки

Они зависят от формы поперечного сечения заготовки. Перед началом операции ее разогревают до температуры ковки, желательно только в том месте, в котором осуществляется сгиб.

Следующий этап – высадка внешней части сгиба, которая будет компенсировать утяжину (рис. 151).

Рис. 151. Способы устранения утяжины.

 

Размеры ее определяются с учетом толщины и угла сгиба. Можно оставить утолщение на месте сгиба во время выполнения протяжки. Заготовку кладут на угол наковальни, прижимают сверху кувалдой или струбциной и ручником изгибают на нужный угол (рис. 151, а).

У более коротких заготовок металл наращивают уже после того, как произведена гибка. Сделать это можно прямыми ударами по торцу или же гладящими ударами по внешним сторонам (рис. 152, б). Когда требуется сделать угол меньше 90°, проводят высадку внешней части, затем сгибают деталь необходимым образом. Далее проводится протяжка угла, то есть запас металла перемещается в сторону утяжины. Удар ручником делается с небольшим наклоном, как показано на рис. 151, в.

Рис. 152. Различные приемы гибки: а, б, в – с помощью подложек; г – в вилке; д – на гибочной плите.

Сгибание полосы

Очень просто согнуть полосу металла, поскольку толщина ее обычно небольшая. Сделать это можно с помощью различных подкладок (рис. 152), например углового нижника (рис. 152, а).

Нижник устанавливают в квадратное отверстие наковальни, заготовку кладут на ребра и деформируют заостренной кувалдой.

Используя другие подкладки, можно получить различные формы сгиба, как это показано на рис. 152, б, в.

Сгибание круглой заготовки

Для сгибания круглой заготовки высадку проводить неудобно, поэтому его осуществляют в специальной вилке (рис. 152, г). Пруток удерживают в ней клещами, а свободную сторону загибают на нужный угол ударами молота. Более усовершенствованную модель представляет собой гибочная плита с перемещаемыми держателями. На металлической плите делается несколько отверстий, в которые вставляются штырьки, фиксирующие стержень под нужным углом по отношению к вилке. Для сгибания применяется рычаг, который равномерно деформирует деталь.

Гибка по дуге

Эта разновидность гибки очень часто используется художниками для создания красивых завитков, спиралей и прочих украшений. Производится она на роге наковальни, шпераках и сложных оправах, которые служат для серийной гибки одинаковых орнаментов.

Гнуть завитки и спирали можно на специальной подкладке в форме перевернутого сапожка. На конусообразной подставке делают конусные спирали, плотно наматывая на нее раскаленную проволоку или загибая ее с помощью ручника.

Скручивание

Эта операция заключается в том, что одна часть заготовки поворачивается относительно другой. Во многих случаях она является вспомогательной: отдельные детали поковки выполняются в одной плоскости, а затем поворачиваются под разными углами.

Для расположения в пространстве отдельных элементов орнамента часть заготовки поворачивается на угол до 180°, обычно с одновременным изгибом по дуге или под углом. Многократное скручивание на 360° граненого стержня делает его витым. Несколько тонких прутков или проволок можно скрутить (свить) в шнур. Наиболее красивый шнур образуют два туго свитых круглых прутка.

Скручивание или свивание производят при ярко-красном или желтом калении, иначе на изделии из-за недостаточной пластичности металла могут возникнуть трещины (рис. 153).

Рис. 153. Способы скручивания: а – в тисках с ограничительной трубой; б – двумя клещами; в – в тисках; г – с неподвижным закреплением двух концов.

 

Толстые поковки скручивают с помошью воротка, стальной полосы с отверстием, соответствующим сечению скручиваемой поковки, ключа или вилки (рис. 153, в), второй конец заготовки при этом зажимают в тиски.

Для того чтобы заготовка не изгибалась при скручивании, на нее надевают отрезок трубы. Тонкие заготовки быстрее остывают, поэтому их либо больше нагревают перед зажатием в тиски и вороток, либо (что лучше) скручивают вдвоем. При этом необходимо клещами захватить концы заготовки и одновременно начать вращать в противоположных направлениях (рис. 153, б).

Широкие полосы закручивают с помошью специальной вилки, зажав оба конца заготовки (рис. 153, г).

Сварка

Это одна из самых сложных операций ручной ковки. Для овладения ею требуется большой опыт работы с металлами и знание технологического процесса.

Кузнечная (горновая сварка) позволяет соединять отдельные детали изделия. Откованные по отдельности детали можно более тщательно оформить, соединить в большое и сложное изделие и т. д. В последнее время все чаще используется электрическая или газовая сварка, однако зачастую только горновая сварка может обеспечить высокие художественные достоинства изделия, так как кузнечные швы легче обрабатываются и отделываются.

При кузнечной сварке различают 4 основных операции: подготовка концов, нагрев, сварка, проковка шва.

Кузнечная сварка отличается от аналогичной слесарной операции. Когда при деформировании на малое расстояние происходит сближение поверхностей, между атомами кристаллической решетки возникают мощные силы притяжения. Если металл имеет высокую пластичность, то на такое расстояние его можно свести нагреванием в кузнечном горне.

Выбор материала

Хорошее качество сварки можно получить у низкоуглеродистой конструкционной стали. Кузнечной сваркой лучше всего сваривать сталь с содержанием углерода 0,15–0,25 %.

Некоторые примеси, например сера и фосфор, сильно ухудшают свариваемость, поэтому содержание этих веществ не должно превышать 0,05 %. Легированные стали брать не рекомендуется, сварка их в условиях обычной кузницы почти невозможна. Положительно на качество сварки влияет добавление марганца. Также к сварочному флюсу рекомендуется добавлять опилки низкоуглеродистой стали. При горении они будут поглощать углерод, и сварка получится более прочной.

Нагрев под сварку

Перед началом сварки заготовкам необходимо придать определенную форму, которая зависит от сечения поковки. Поверхности очищают от окалины. Горн следует прочистить тщательнее, чем обычно, удалить всю старую золу. Нагрев должен быть равномерным и сильным.

Температура, при которой можно проводить сварку, зависит от содержания углерода: чем оно выше, тем ниже температура. Низкоуглеродистую сталь можно варить при 1350–1370° С, когда заготовка становится ослепительно белой. Лучшим топливом является древесный уголь, так как содержание серы в нем невелико. При работе с кузнечным углем надо использовать те сорта, в которых содержится минимальное количество серы.

Флюсы

Даже при незначительном повышении температуры ковки (а она гораздо ниже сварочной) происходит интенсивное образование окалины и возможен пережог металла. Чтобы избежать нежелательного нагара при горновой сварке, раскаленные части заготовок посыпают специальным составом – флюсом. Используются и сварочные порошки, состоящие из кварца, поваренной соли и буры (Na2B4O7).

Для сварки низкоуглеродистой стали в качестве флюса берут просеянный речной песок с добавлением буры. Если сталь конструкционная, в состав включают металлические и марганцевые опилки. Его насыпают на заготовку при температуре 950–1050 °C, что соответствует оранжевому или светло-желтому цвету металла. Делать это лучше до того, как металл начнет искриться. Попадая на разогретые концы, флюс плавится, вследствие чего предотвращается окисление и растворяется окалина.

Проверить готовность поковки можно тонким металлическим стержнем: если он вязнет в металле, то нагрев достаточный. Однако сразу после этого вынимать ее не рекомендуется, лучше подсыпать еще флюса и немного погреть заготовку.

После окончательного нагрева и непосредственно перед сваркой флюс удаляют с заготовки ударом о наковальню или счищают металлической щеткой.

Способы сварки

Вынув металл из горна и счистив шлак, концы заготовок складывают вместе и сваривают быстрыми ударами молота. Первые удары делают легкими, чтобы лучше пригнать поверхности и выбить шлак, последующими проводят окончательную сварку. В это время зернистость металла уменьшается, он становится более прочным.

Заключительными ударами заготовке придают требуемую форму.

Всю сварку надо проводить быстро, чтобы металл не успел остыть. Повторное нагревание уже закаленного металла нежелательно. Часто для большей скорости сварку делают одновременно несколько человек.

Для окончательной отделки используют гладилки, обжимки и другие кузнечные инструменты.

Подготовка свариваемых концов зависит прежде всего от их толщины (рис. 154).

Рис. 154. Различные способы сварки: а – внахлестку; б – вразруб; в – встык; г – врасщеп; д – с помощью шашек.

 

Поковки толщиной до 100 мм можно сварить внахлестку. Этот способ позволяет создать высокопрочный стык за счет большой площади совместной деформации.

Перед сваркой концы заготовок высаживают и делают плоскость контакта под углом 30–45° (рис. 154, а). Их накладывают друг на друга, совмещают несильными ударами, а затем проводят окончательную проковку с одновременной осадкой до нужной формы.

Толстые изделия сваривают вразруб, этот метод требует более сложной подготовки концов деталей. Один из них высаживается и надрубается зубилом по продольной оси, полученные части разгибаются под углом 30–40°. Другой конец после высадки заостряют с двух сторон так, чтобы он заполнял разруб первого (рис. 154, б).

Пустоты, образующиеся при вставке, ликвидируют холодной ковкой. Для учета раздачи металла при нагревании в промежуток между ними вставляют тонкие пластины. Нагретые и очищенные от флюса концы совмещают и сваривают сильными ударами. Затем, когда металл немного остынет, проводят окончательную отделку. Этот способ применяется при сварке сталей разных марок, причем металл меньшей пластичности вставляется в металл большей.

Тонкие полосовые заготовки сваривают врасщеп. Концы заготовок дважды разрубают вдоль продольной оси, после чего загибают в разные стороны, как показано на рис. 154, г. После доведения металла до нужной температуры детали соединяют, кладут на наковальню и сильными ударами сверху накрепко сваривают концы. Преимущество этого способа сварки в том, что соединение получается очень прочным.

Встык варят заготовки в том случае, если нет возможности подготовить концы указанными выше способами, а также тогда, когда стержень приваривается к продольной поверхности другой детали.

При подготовке осаживать концы деталей не надо, это происходит уже в процессе сварки. Заготовки соединяют встык и сильными ударами вдоль продольной оси доводят до образования прочного спая (рис. 154, в). Для этого другой конец обязательно должен быть холодным. После окончания работы проводят вытяжку.

По прочности сварки этот способ уступает всем остальным, его рекомендуется применять в тех случаях, когда не требуется создания прочных конструкций. Но для изготовления декоративных деталей он подойдет.

Для ремонта поврежденных деталей или частей металлических колец, которые теряют нужную форму из-за наложения, применяют способ сварки, выполняемый с помощью шашек. Так называются металлические вспомогательные части сварного узла, которые вставляют между концами заготовок. Вместе с последними они образуют участок полосы, по форме не отличающийся от целого (рис. 154, д).

Обычно шашки делаются из низкоуглеродистой стали, что повышает качество сварки. Удары делают сильными, по плоской поверхности спая. Можно разбить процесс на несколько этапов: сначала приварить шашки к концам заготовок, а потом проводить сварку так, как это делается способом внахлестку.

Сварка колец

Чтобы сварить кольцо из прутка круглого или прямоугольного сечения, необходимо предварительно согнуть его на роге наковальни (рис. 155).

Рис. 155. Сварка колец: а – на роге; б – на наличнике.

 

Концы протягивают или отрубают под одинаковым углом и немного разводят в стороны. Сварку проводят при обычной температуре, на наковальне. Если срез делался в плоскости кольца, то оно отковывается на роге (рис. 155, а), а если в плоскости ребра – на плоской поверхности (рис. 155, б).

Пайка латунью

Она не относится к кузнечным операциям, но часто применяется для соединения небольших деталей художественных композиций из металла. Паять можно только изделия из поделочной стали, имеющие плоскую или квадратную форму. Круглые прутки соединяются плохо, так как имеют маленькую плоскость соприкосновения.

Перед началом пайки изделие собирают, скрепляя его отдельные части металлической проволокой (биндрой). Затем его помещают в горн и нагревают до красного каления. Закладка должна производиться очень осторожно, место для изделия в углях расчищают кочергой. На решетке оставляют достаточно большой и ровный слой топлива. Подгребать уголь следует так, чтобы его кусочки не попадали на поковку. Дутье горна для равномерного прокаливания должно быть слабым.

В качестве флюса обычно используется бура, которую перед нанесением немного смачивают водой. Когда она растекается по всей поверхности, можно начинать пайку. Для этого прутком латуни, не снимая флюса, касаются тех мест, которые требуется соединить. При этом цвет пламени в горне меняется на зеленый. Передвигать изделие во время пайки нельзя, чтобы не сместить со своих мест отдельные детали.

Композиции, состоящие из многих элементов, сваривают иным образом. В местах пайки заранее раскладывают кусочки латуни с таким расчетом, чтобы при нагревании они растеклись и скрепили детали.

Наряду с кусочками латуни, можно использовать стружку или опилки, которые насыпают на места сварки. Они должны быть чистыми, от примесей железа их очищают с помощью магнита. Более мелкие изделия паяют, применяя в качестве скрепляющего материала глину с добавлением соли. Их собирают, соединяя отдельные части латунной, а не железной проволокой. Затем посыпают бурой, обмазывают глиной и осторожно кладут на металлический лист, который помещают в горн.

Дутье должно быть слабым, чтобы глина успела равномерно прогреться, после ее засыхания воздуха можно подавать больше. Когда она начинает трескаться, детали уже надежно скреплены. Латунная проволока начинает плавиться и спаивает отдельные части изделия.

После окончания процесса горн выключают, а готовой поковке дают остыть. Далее с нее аккуратно удаляют глину и флюс, лишний припой снимают напильником.

Правка

Заключительным элементом ковки изделия является правка. С ее помощью устраняют неровности, кривизну и пр.

Изгиб заготовки

Он может проходить по плоскости заготовки или по ребру. В первом случае заготовку укладывают на наковальню выпуклой частью вверх, одной рукой поддерживают с противоположной стороны клещами, а с другой наносят молотом удары по прилегающей к наличнику части выступа. По мере выравнивания молот перемещают в сторону середины.

Сила удара зависит от толщины заготовки. По мере выпрямления все большая его часть переходит в пластическую деформацию металла, что ведет к нежелательной протяжке. Поэтому к концу обработки размах молота постепенно уменьшают.

Изгиб по ребру исправляют растяжением выпуклой части металла. Заготовку ставят так, чтобы горб оказался сверху, и по нему наносят сильные удары кувалдой, которые при перемещении молота к одному из краев делают слабее. Нижнее ребро постепенно удлиняется, а верхнее, наоборот, уменьшается. Окончательную правку делают, переворачивая заготовку с одной стороны на другую. Если в поковке присутствуют сразу оба этих дефекта, то сначала устраняют неровность по плоскости, а затем по ребру.

В том случае, когда образуются дополнительные боковые деформации, заготовку переворачивают на другую сторону и выправляют.

Выглаживание

После того как все основные операции выполнены и форма изделия откована, приступают к отделке, или выглаживанию. Цель этой операции – устранить следы молотка, шероховатости и другие неровности кованой поверхности.

Выравнивание поверхности производится с помошью гладилок с прямой или изогнутой рабочей частью. Для цилиндрических и граненых участков используют обжимки, для внутренних и вогнутых участков – специальные гладилки.

При операции выглаживания (рис. 156) постепенно перемещают гладилку по поверхности изделия, ударяя по ней кувалдой или ручником.

Рис. 156. Выглаживание.

 

Поковку при этом размещают на наковальне так, чтобы отделываемый участок был над ней. В некоторых случаях для большей художественной выразительности нужно выглаживать только отдельные участки изделия (например, выпуклые участки). Прутки круглого сечения, выглаженные плоской гладилкой, будут казаться слегка граненными и лучше смотреться в ограде или орнаменте.

Термическая обработка проводится с готовой уже поковкой и служит для того, чтобы изменить структуру металла. От правильного ее выполнения зависит качество изделия и его долговечность.

Закалка

Она предназначена для придания изделиям из металла большей прочности и твердости. Но следует помнить, что при этом они становятся хрупкими. Обычно закаливаются рабочие части инструментов и детали механизмов, подвергающиеся тяжелым нагрузкам. Изделия из низкоуглеродистой стали практически не меняют своих свойств после закалки, поэтому подвергают их термической обработке крайне редко.

Нагрев

Деталь нагревают до температуры, превышающей на 30–70 °C температуру установления правильной кристаллической структуры. Время нагрева должно быть достаточным для установления равномерного строения во всем объеме металла. Оно зависит от размеров детали и ее формы, а также от сорта стали.

Слишком длительная выдержка приводит к тому, что зерна металла увеличиваются, и он теряет прочность. Поэтому продолжительность выдержки ориентировочно берется равной 0,2 от времени нагрева. В горне деталь следует расположить так, чтобы холодный воздух из фурмы не попадал на ее поверхность. Для этого заготовку кладут на слой смешанного с золой угля.

Охлаждение

Очень важной частью закалки является охлаждение. От него зависит установление необходимой структуры металла.

Скорость охлаждения не должна быть меньше 150 °C в секунду. Так как температуру заготовки целесообразнее всего доводить до 400–450 °C, то продолжительность процесса составляет лишь 2–3 секунды.

В качестве жидкостей для охлаждения используются вода и трансформаторное масло. В последнем скорость понижения температуры меньше, при нормальных условиях она не превышает 180 °C в секунду. В холодной воде охлаждение идет быстрее – примерно 600 °C в секунду.

При погружении раскаленной детали в жидкость очень важно, чтобы температура последней повышалась очень незначительно. Если объем ее небольшой, то увеличить конвекцию можно помешиванием.

Хороший результат дает закалка в проточной воде, так как при этом образующийся между заготовкой и жидкостью слой пара быстро рассеивается. Улучшить качество закалки можно добавлением в емкость поваренной соли, соды (до 10 %) или серной кислоты (до 12 %).

Когда требуется закалить только часть изделия, например рабочую часть инструмента, после опускания на необходимую глубину его несколько раз перемещают в вертикальном направлении, чтобы не образовалось трещин в промежуточной части.

При неправильном погружении в воду изделие может покоробиться от неравномерного охлаждения. Чтобы этого избежать, надо опускать детали в воду так, как это показано на рис. 157.

Рис. 157. Погружение поковок в охлаждающую жидкость: а – зубило; б – топор; в – сверло; г – напильник; д – клещи.

 

Скорость охлаждения так же, как и скорость нагрева, зависит от размеров заготовки и материала, из которого она сделана. Изделия из малоуглеродистых сталей охлаждают в воде, но если они имеют сложную форму, то лучше проводить процесс в масле, иначе на поверхности могут появиться трещины.

У заготовок большой площади сечения верхние слои охлаждаются быстрее нижних, поэтому закалка внешней части гораздо более сильная. Если сталь содержит легирующие элементы – такие, как марганец, хром и другие – то глубина закалки увеличивается.

Часто кузнецы выполняют закалку изделий сразу после ковки, что позволяет значительно экономить топливо. Для этого ковка выполняется с таким расчетом, чтобы после ее окончания металл имел температуру, при которой можно проводить закаливание.

Способы закалки

С понижением накала изделия скорость охлаждения тоже должна меняться. В интервале 650–450 °C она должна быть не больше 30 °C в секунду. Чтобы достичь такого режима, пользуются способом, который называется «через воду в масло».

Заготовку опускают сначала на несколько секунд в воду, а затем быстро переносят в масло. Время выдержки составляет 1–1,5 секунды на каждые 5 мм сечения детали. Такой способ применяется для закалки инструментов, сделанных из низкоуглеродистой стали.

Часто у различных режущих инструментов требуется закалить только верхнюю поверхность, а середину оставить мягкой. В этом случае пользуются поверхностным способом закалки.

Изделие на короткий срок помещают в горн или раскаленную до 1000 °C печь, а затем подвергают быстрому охлаждению под проточной водой. При этом надо тщательно соблюдать температурный режим закалки, в противном случае не исключено образование трещин.

Закалка различается по интенсивности. Получить сильную степень можно с использованием охлажденной до 15–18 °C воды и добавками соли и соды.

Среднюю закалку дает погружение поковки в горячую воду, а также добавление нефти, мазута, жидкого минерального масла и пр. Эти материалы образуют на поверхности пленку толщиной до 3 мм, которая более плавно охлаждает деталь.

Закалка с использованием в качестве охлаждающего материала струи воздуха или расплавленного свинца получается самой слабой.

Таким способом закаливают художественные изделия и части несущих конструкций, требующих большой точности расположения частей.

Отпуск

После закалки изделия приобретают не только прочность, но и излишнюю твердость. За счет сохраняющихся в поковке закалочных напряжений появляются трещины. Если начать работу закаленным молотком, то от него будут откалываться маленькие кусочки металла, другие детали от ударов крошатся.

Для устранения этих дефектов изделие необходимо подвергнуть отпуску. Эта операция после закалки обязательна и состоит в нагревании предмета до определенной температуры, выдерживании при ней в течение 10 минут и последующем медленном охлаждении. Она служит для придания металлу большей пластичности.

Перед началом отпуска поверхность зачищают. При нагревании она начинает покрываться тонкой оксидной пленкой, которая с увеличением температуры меняет свой цвет. По ней можно следить за сроком окончания отпуска.

При естественном освещении температуры соответствуют следующим цветам побежалости:

– 220 °C – светло-желтый;

– 230 °C – желтый;

– 240 °C – золотисто-желтый;

– 255 °C – коричнево-желтый;

– 265 °C – красно-коричневый;

– 275 °C – ярко-красный;

– 285 °C – фиолетовый;

– 305 °C – темно-синий;

– 325 °C – светло-синий;

– 345 °C – серый.

При высоких температурах поверхность металла покрывается темным налетом, который пропадает только после достижения отметки 600 °C, то есть с появлением цветов каления.

В зависимости от требуемых свойств и материала, из которого изготовляется деталь, используются разные виды отпусков.

Высокий отпуск

Так сокращенно называется высокотемпературный отпуск, при котором сильно увеличивается пластичность и почти полностью ликвидируются закалочные напряжения.

Детали нагревают до 450–650 °C, выдерживают в зависимости от площади поперечного сечения 5–10 минут (полное прогревание) и охлаждают.

Углеродистую сталь можно охлаждать на открытом воздухе, а легированную – в воде, так как иначе металл не приобретет пластичности.

Следует отметить, что прочность стали при высоком отпуске значительно снижается. Поэтому данный способ не используют при изготовлении инструментов.

Основное его применение – в комбинации с закалкой. Этот прием называется улучшением и дает оптимальное соотношение между прочностью стали и ее вязкостью. Ему подвергаются детали, испытывающие сильное давление, например оси колес или цепи.

Средний отпуск

Он состоит в нагревании закаленной детали до температуры 350–500 °C (серый цвет побежалости), выдержке и охлаждении на открытом воздухе.

В результате обработки внутренние напряжения в металле снимаются, повышается вязкость, и изделия сохраняют как прочность, так и пластичность. Их обычно используют там, где присутствуют высокое трение и динамические нагрузки. Так отпускают пружины, рессоры и т. д.

Низкий отпуск

Низкотемпературный отпуск проводят с нагреванием до 140–300 °C и последующим охлаждением. Чем выше температура, тем большей мягкостью будет обладать поковка, приобретенная при закалке твердость не теряется.

Подвергать отпущенные при слабом нагревании детали изгибам и другим видам пластических деформаций нельзя. Благодаря большой твердости металла этот способ используется при закалке режущих и измерительных инструментов.

Отпуск закаленных инструментов

Часто закалку и отпуск при изготовлении кузнечных инструментов делают одновременно. Эта операция называется самоотпуском.

Нагретую для закалки поковку охлаждают не полностью, а до 400–450 °C. Участок поверхности обрабатывают на наждачном круге или с помощью любого абразива до снятия верхнего слоя окалины. Затем по цвету побежалости определяют температуру начала отпуска и окончательно остужают изделие в воде.

Обычный отпуск выполняют следующим образом. Поверхность изделия тщательно очищают от налета, шлифуют и нагревают. По цветам побежалости, которые меняются очень быстро, следят за моментом, когда инструмент достигнет нужной температуры. Затем его быстро охлаждают.

Если нужно закалить только рабочую поверхность инструмента, нагрев производится чуть выше его режущего конца. Температура должна быть немного выше требуемой.

Затем рабочую поверхность инструмента аккуратно погружают в воду, с остывшего конца шкуркой удаляют окалину. Теплота, оставшаяся в верхней части, передается к холодной части заготовки, и она начинает нагреваться. После достижения нужной температуры деталь окончательно охлаждают.

Проводить закалку и отпуск инструмента с двумя рабочими концами, например чеканного молотка или ручника, следует так, чтобы между ними оставался слой мягкой незакаленной стали. Это можно сделать за один прием, нагревая целиком всю заготовку.

Когда металл достигает нужной температуры, изделие охлаждают в воде, начиная с меньшего конца. Его погружают в воду и по цвету побежалости следят за вторым концом, чтобы он не остыл раньше времени. После того как второй конец достигнет нужной температуры, его, в свою очередь, опускают в воду, а меньший очищают от окалины.

Когда на нем появится нужный цвет побежалости, его опять охлаждают.

Остужая таким образом по очереди то одну, то другую части изделия, производят закалку концов. Середина должна оставаться нагретой и сохранять запас энергии, поэтому для вращения лучше использовать клещи с узкими губками.

Если в закаленном изделии требуется отпустить только небольшой участок, берут клещи с ровными массивными губками, нагревают их до нужной температуры и зажимают металл в выбранном месте. Этот способ используется тогда, когда необходимо пробить отверстие в уже закаленном инструменте.

Термическая обработка цветных металлов и сплавов

Выше приводилось разделение алюминиевых сплавов на две группы. Металлы, относящиеся к первой группе, легко деформируются и имеют небольшой запас прочности. Поэтому для их обработки больше подходит холодная ковка. Из этих материалов делаются легкие детали художественных композиций.

Алюминиевые сплавы

Сплавы второй группы после нагревания приобретают повышенную прочность в сочетании с хорошей пластичностью. Процесс термической обработки состоит из двух частей: закалки и старения.

Закалка проводится при температуре около 500–505 °C с последующим остужением в воде до 150–165 °C. Затем деталь выдерживают в течение 2–3 суток при комнатной температуре (так называемое естественное старение) или несколько часов при повышенной (искусственное старение).

Медные сплавы

За счет образования наклепа во время холодной ковки прочность латуни резко увеличивается, но теряется вся пластичность. Данное свойство используют для изготовления предметов быта, так как изделия из этого сплава к тому же не окисляются при контакте с большинством жидкостей.

Если требуется снять наклеп, проводят рекристаллизационный отжиг при температуре 600–700° С в течение 2–3 часов. Для сохранения таких изделий нужно проводить сезонный отжиг при 200–300 °C, чтобы они не потрескались от влажности.

Бронзовые поковки подвергают нормализующему нагреванию до температуры 600–650 °C и старению, после чего металл восстанавливает свои пластические свойства.

Алюминиевые бронзы можно подвергать закалке нагреванием до 950 °C с последующим остужением в проточной воде. Изделия после такой обработки приобретают высокую прочность.

Теперь, после ознакомления с кузнечным ремеслом, рассмотрим процесс создания с его помощью произведений искусства. Конечно, можно попробовать ковать что-либо на глазок и посмотреть, что в результате этого получится. Однако в этом случае вряд ли изделие обрадует кого-либо. Поэтому для получения заранее намеченных форм и узоров начать нужно с эскиза и чертежа.

Подготовка чертежа

При составлении эскиза следует учитывать свойства материала: каким бы тонким ни хотелось сделать тот или иной декоративный элемент, металл должен сохранять запас прочности. Кроме того, развивать композицию лучше в соответствии с направлением волокон, в противном случае изделие получится хрупким.

Когда при сварке образуется чересчур много окалины, размеры изделия уменьшаются. Усадка происходит и во время остывания, вытяжки и других кузнечных операций. Поэтому рисунок делается с напуском, то есть чуть больше, чем требуемая деталь.

Необходимо знать массу отхода при выполнении той или иной операции, чтобы правильно рассчитать размер.

Далее на плотной бумаге (лучше всего подойдет бумага «крафт») необходимо сделать чертеж в натуральную величину. Для отдельных и повторяющихся плоских элементов лучше приготовить шаблоны с нанесением напусков и требуемых размеров. Сверять с ними деталь можно на протяжении всего процесса работы.

Сложные и гнутые детали, как никакие другие, нуждаются в точном чертеже. Сделать его легко с помощью проволоки, из которой изготовляется макет в натуральную величину. В местах изгибов и ответвлений ставятся метки, проволоку выгибают и переносят полученные размеры на чертеж.

Часто шаблоны или пробные образцы делают из жести, что позволяет изгибать их в нужных местах. Это дает возможность заранее обдумать последовательность операций и уточнить размеры деталей в процессе ковки.

Декоративные элементы

Для нанесения на поверхность кованых изделий рисунка изготовляют специальные штампы, или пуансоны. Мелкий узор легко пропечатывается на листьях и других плоских элементах поковки. Чтобы выбить орнамент на круглых или фигурных деталях, используют фигурные обжимки, оправки, гладилки, а также кузнечные формы. Композиции чаще всего включают в себя кованые растительные элементы. При всем разнообразии форм способы их изготовления почти одинаковы.

Ковка листа

Для этой детали больше подходит листовая заготовка, но можно сделать листок и из конца прутка, выполнив осадку с последующей раскаткой и придав нужную форму зубилом.

В первую очередь выковывают ножку листа. Она должна быть толще и длиннее необходимых размеров, так как часть металла уйдет при нагреве, а часть пойдет на сварку. После этого обжимкой с полукруглым углублением выполняют центральную жилку листа. Контур листа вырубают полукруглым зубилом по шаблону, им же наносят мелкие элементы отделки.

Гибку выполняют при нагреве за один раз. При этом часть рисунка иногда портится, и тогда окончательную обработку выполняют зубилом уже в самом конце.

Части листа можно загнуть относительно друг друга, в результате получится очень необычный и красивый лист (рис. 158).

Рис. 158. Последовательность операций при изготовлении листа.

 

Для придания изделию выпуклой формы рекомендуется использовать фигурный верхник с соответствующей ему подкладкой. Но лист можно изготовить и на плоской поверхности наковальни.

Изделию высадкой придают правильную форму, обратной стороной ручника или специальной полукруглой подбойкой делают рельеф. Поковка при этом раздается в стороны, и лист приобретает законченный вид. Центральную жилку выковывают секачом или зубилом.

Волюты

Так называются декоративные элементы, состоящие из всевозможных завитков. Их можно отковывать из одного куска, либо свивать в холодном состоянии и сваривать из отдельных деталей (рис. 159).

Рис. 159. Изготовление волюты: а – вырубка защепа; б – вырубка в тисках; в, г – формирование завитка; д – готовая волюта.

 

У цельных волют в первую очередь отковывается основной изгиб. Делается это на роге наковальни с помощью ручника или кувалды. В местах, где в дальнейшем будут вырубаться дополнительные ответвления, заранее производится осадка.

Короткий отгиб называется защепом (рис. 159, а). Он представляет собой самостоятельный элемент, но иногда к нему приваривают отдельные элементы композиции. Защеп делается горизонтально или вертикально с помощью тисков (рис. 159, б).

Завитки вырубают зубилом на наковальне, начиная с противоположного от вершины конца. Отделив от заготовки полосу нужной длины, ее самостоятельно загибают на шпераке (рис. 159, в, г). На заключительном этапе волюту правят, где нужно проводят высадку или вытяжку.

Если все завитки загибаются в одну сторону, то волюту можно сделать за одно нагревание. Завитки, загнутые в противоположную от основной линии сторону, выполняют при местных накаливаниях.

При желании можно украсить и дверь своего дома, особенно в сельской местности. Для основы двери достаточно взять достаточно толстые склепанные кованые полосы. Закрыть их листовым материалом. Для красоты хорошо бы использовать различные накладные элементы: цветы, розетки, завитки.

А чтобы дверь стала произведением искусства, можно выковать оригинальный замок, ручку-стукалу, жиковины.

Сборка кованых изделий

При изготовлении сложных композиций какие-то части приходится выполнять отдельно от основы. Для того чтобы осуществить сборку, необходимо иметь ясное представление о способах скрепления кованых деталей (рис. 160).

Рис. 160. Различные способы скрепления частей кованых изделий.

 

Соединения могут выполнять функциональную роль, а также быть самостоятельными художественными элементами. В зависимости от этого сборка выполняется несколькими способами.

В композициях с подчеркнутым растительным стилем детали просто свариваются или склепываются. Крепления не несут смысловой нагрузки и поэтому почти всегда маскируются декоративными элементами (цветами, розетками и пр.). Этот прием характерен для стиля барокко. Но когда части изделия скрепляются скобами или заклепками, соединения не скрываются, а, наоборот, выделяются, чтобы подчеркнуть замысел художника, то соединительным элементам придают декоративную форму.

Скобы, или хомуты, для этого отковывают отдельно и в горячем состоянии надевают на те части, которые требуется скрепить. Остывая, они дают усадку, и соединение получается очень прочным.

Скобы можно делать полукруглыми, загибая их уже на скрепляемых деталях, которые перед этим нужно плотно зафиксировать в тисках или струбциной. Но при соединении внахлест скобу делают в одной из пересекающихся полос. В ней просекается отверстие, в которое вставляется пруток такого же сечения, что и продеваемая часть.

Когда подгонку формы заканчивают, то пруток убирают и на его место ставят требуемую деталь, обжимая место соединения клещами, губки которых раскалены до красного каления. Происходит сварка, после которой части композиции прочно скрепляются между собой.

Обработка кованых изделий

Окончательная обработка кованых изделий применяется не только для того, чтобы защитить их от коррозии, но и для придания им законченного вида художественного произведения.

Видов такой отделки множество, здесь приводятся только основные, которые используются большинством мастеров.

Практически любое кованое изделие можно украсить орнаментом, для которого понадобятся ручники, гладилки, пробойники, зубила, а также некоторые инструменты слесарей и чеканщиков. Орнамент можно делать как на холодной, так и на горячей заготовке. Орнамент, выполненный на холодной заготовке, получается плоским и поверхностным, а на горячей – глубоким и объемным.

Используя ручник, можно нанести огранку (специальные грани) на подготовленную поверхность, а с помощью кузнечного зубила получится штриховой орнамент. Для нанесения прямых линий используют зубило с прямолинейным лезвием. Для нанесения линий с более мягкими, нерезкими очертаниями надо взять зубило с затупленной режущей кромкой. Работая с зубилами, у которых разная кривизна лезвия, можно получить сложные орнаменты, состоящие из цветов, кружков и розеток.

Насечка

К заключительным видам ковки относится насечка рисунка, проводимая в горячем или холодном состоянии с помощью зубила. Этим способом можно наносить штрихи, насечки, решетки фона, узоры, надписи и т. п. Насекание производят на плоских поверхностях, которые на готовом изделии будут хорошо видны (не будут закрыты другими деталями, не попадут в тень и т. д.). Плоские изделия насекают на наковальне, полые и кольцеобразные – на оправках.

На отдельные элементы изделия можно наносить насечку уже во время ковки. Например, выковав лист, сделать на его поверхности различные прожилки с помощью зубила, а только потом изогнуть лист по своему желанию. Чтобы нанести насечки на объемное изделие, лучше использовать оправки.

Набивка

Набивка рельефа и фактуры также относится к отделочным операциям. Помимо цветов и розеток, можно украсить изделие точками и всеми видами углублений. Для этого понадобится пробойник со специально заточенной рабочей частью и некоторые другие инструменты. При нанесении на поверхность изделия углублений, нельзя забывать использовать подкладной инструмент. Им могут быть протяжки, притупленные зубила, гладилки и пробойники. С помощью гладилок, поставленных под определенным углом, можно получить углубления треугольной формы, с помощью протяжек – волнистую поверхность, с помощью пробойников с разным сечением рабочей части – углубления круглой, квадратной, конической формы, с помощью притупленного зубила – бороздки. Кроме вышеперечисленных инструментов можно использовать пуансоны, чеканы, молотки с бучарами.

Воронение

Воронение, пожалуй, самый распространенный способ обработки стали, прекрасно защищающий ее от коррозии и придающий изделиям красивый черный цвет.

Проще и доступнее всего осуществлять воронение следующим образом. Изделие быстро нагревается до температуры 600–650 °C (темный цвет заготовки) и погружается в машинное масло до неполного остывания. После просушивания вынутой поковки на поверхности образуется темная пленка магнитного оксида железа, хорошо предохраняющая металл от коррозии.

Вместо машинного можно использовать льняное масло, но тогда деталь следует смазать им перед нагреванием. Так как масло легко воспламеняется, перед загрузкой в горн поковку необходимо тщательно просушить.

Если проводить нагрев нежелательно, изделие обрабатывают в растворе из 650 г едкого натра, 200 г натриевой селитры и 200 г перекиси марганца на 1 л воды. Его погружают в кипящий раствор на 1 час, затем просушивают и шкуркой удаляют лишний налет.

Травление

Травлением называют процесс обработки отдельных частей поверхности металлических изделий кислотами. В зависимости от того, какая часть изделия подвергается травлению – рисунок или фон, различают позитивное или негативное травление. При позитивном на обезжиренную поверхность наносят антикислотное покрытие. Оно готовится следующим образом: в скипидаре до состояния смолы растворяют 40 г парафина, 20 г битума и 20 г смолы.

Покрытие наносят на изделие ровным слоем, затем иглой проводят по контуру рисунка. В зависимости от выбранного способа травления либо удаляют части фона, либо тщательно ретушируют линии. Чтобы кислота не слишком сильно разъела изделие, перед погружением на него наносят тонкий слой воска.

Травление проводится разбавленной кислотой, для сталей различных марок используется серная, для цветных металлов – азотная. Ее разводят до 10–15 %-ного раствора, добавляя постепенно воду. Признаком нормального соотношения является прекращение пузырения по всему объему жидкости. Чаще всего изделие опускают в кислоту целиком, но можно покрывать его раствором с помощью ворсистой кисти.

Окраска

Железо не так хорошо, как цветные металлы, окрашивается химическим способом. Поэтому для придания стали с высоким содержанием углерода того или иного цвета рекомендуется сначала нанести на поверхность слой меди или латуни. Делается это обычно с помощью гальванической установки.

Тем не менее в синий цвет можно окрасить сталь, опустив в краситель, приготовленный следующим образом: 140 г гипосульфита натрия на 1 л воды смешивают с раствором 35 г уксусного свинца с таким же количеством воды. Поковку опускают в кипящий раствор и держат там до тех пор, пока она не окрасится в синий цвет.

Придать заготовке коричневый цвет с темным оттенком поможет сурьмяное масло. Его наносят на тряпочку и протирают поверхность, после чего она покрывается тонким налетом ржавчины. На следующий день операцию повторяют и продолжают ее, пока изделие не приобретет нужный цвет. Если по каким-то причинам этот способ не подходит, поступают следующим образом. Деталь на несколько секунд опускают в кипящий 10 %-ный раствор двухромовокислого натрия, после чего равномерно прогревают над открытым огнем.

После окончания окрашивания изделие необходимо протереть льняным маслом и высушить. Для получения яркого цвета перед этим изделие немного нагревают.

Яркий черный цвет получается после воронения. Но если поковка предназначена для оформления интерьера, ее специально чернят.

Древнерусским мастерам был известен способ окраски поверхности в черный цвет с помощью льняного масла. Но гораздо проще погрузить изделие в раствор гидрата или нитрита натрия, нагретый до температуры 130–140 °C, и подержать его там 5–10 минут. Если поверхность была хорошо очищена, то цвет получится ярким и равномерным.

Можно поступить следующим образом. Растворить в 100 мл 30 %-ного раствора фосфорной кислоты 18 г цинкового порошка, затем разбавить смесь 5 л воды, нагреть до кипения и погрузить в нее изделие на 2–3 часа. После завершения обработки поковку промывают под проточной водой и высушивают.

Другие виды обработки

Поверхность любого изделия, особенно если оно выполнялось с тем расчетом, чтобы радовать глаз, можно дополнительно обработать. В зависимости от характера предмета на его поверхность можно нанести рисунок, орнамент или просто отшлифовать.

Нанесение орнамента

Орнамент наносится на поверхность с помощью зубил, пробойников, особым образом закаленных чеканов и т. д. На холодном изделии он получается неглубоким, а на горячем линии значительно четче.

Комбинированием секачей с прямыми и закругленными лезвиями можно получить рисунок любой сложности. Сначала наносятся самые тонкие линии, затем глубокие. Мягкие линии получают притупленными зубилами.

Часто на еще не остывшем изделии выбивают точки и углубления различной формы. Для этого используют пробойники всевозможного диаметра, с фасонной рабочей поверхностью. Применяют также и обычные кузнечные инструменты, например, с помощью гладилки, поставленной под углом к обрабатываемой поверхности, можно получить треугольные углубления. Если в кузнице есть бучарда – молоток с коническими или круглыми выступами на рабочей поверхности, то можно обработать изделие им.

Кроме вышеперечисленных инструментов, для набивки орнамента применяются пуансоны. На их поверхности уже выгравирован определенный элемент, и все, что остается сделать, – это установить инструмент в нужном месте и ручником проковать орнамент.

Крацевание

Так называется способ обработки поверхности изделия с помощью металлических щеток. В зависимости от твердости используемой стали ворс для щеток делают из стальной или латунной проволоки диаметром 0,1–0,2 мм.

Поверхность проглаживают круговыми движениями, силой надавливания на щетку регулируют глубину наносимых линий. Процесс можно облегчить, сделав щетку круглой формы, с металлическим стержнем в середине. Его вставляют в патрон электродрели и обрабатывают изделие. Для того чтобы сделать линии более заметными, ворс перед началом крацевания смачивают в пиве или 3 %-ном растворе серного поташа.

Шлифовка и полировка

Шлифовку кованых изделий осуществляют с применением абразивных порошков. Для сталей с низким содержанием углерода используются такие материалы, как корунд или наждак. Шкуркой обрабатывать металлические поверхности слишком долго, поэтому большинство кузнецов пользуются специальными шкурками или войлочными кругами. Последние можно сделать самому. Из войлока необходимо вырезать несколько кругов равного диаметра, склеить их между собой так, чтобы толщина валика была около 1 см. Через центр продеть опорный стержень.

Нижнюю поверхность кругов надо смазать столярным клеем и наклеить выбранный абразивный материал. После этого можно приступать к шлифовке.

Полировка поверхности – более тонкий процесс, выполняемый с помощью кусочков кожи, сукна или плотной ткани с нанесенным абразивом по уже отшлифованной поверхности.

В качестве полировочных материалов используют порошки корунда, карбида кремния, синтетический алмазный порошок и т. д. Их смешивают с вязким раствором, которым покрывают участок изделия, а затем растирают по всей поверхности.

Чтобы отполировать поверхность внутри углублений поковки, делаются фетровые валики шарообразной формы, которыми работают с помощью дрели.