- •Специальные технологии художественной обработки материалов. Часть 2 (Технология изготовления художественных изделий обработкой давлением)
- •Оглавление
- •Введение
- •Лекция 1. Из истории обработки металлов давлением
- •1.1. Ковка металлов в древности
- •1.2. Кованые изделия средневековья
- •1.3. Изделия конца хviii - начала хх веков
- •Лекция 2. Элементы теории напряжений и деформаций
- •2.1. Связь между деформацией и напряжением
- •2.2. Плоское напряжённое состояние и плоская деформация
- •2.3. Главные напряжения и их основные схемы
- •2.4. Взаимосвязь обобщенного напряжения и обобщенной деформации. Испытание металлов на растяжение
- •Заключение
- •3.2. Типы дефектов кристаллического строения и их основные свойства
- •3.3. Структурообразования при пластической деформации металлов
- •3.4. Причины деформационного упрочнения
- •Упрочнение от взаимодействия дислокаций
- •Взаимодействие дислокаций с примесями
- •Упрочняющее действие межзеренных и межфазных границ
- •3.5. Разрушение металлов при пластической деформации
- •3.6. Пластичность металлов. Влияние напряжённого состояния
- •Заключение
- •4.2. Взаимосвязь предела текучести и пластичности металла
- •4.3. Термическое разупрочнение деформированного металла
- •4.4. Движущие силы и кинетика термического разупрочнения
- •4.5. Сопротивление деформации металлов. Релаксация напряжений
- •4.6. Охлаждение деформированного металла. Фазовые превращения
- •Заключение
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 5. Основные виды пластической деформации
- •5.1. Сжатие
- •5.2. Вытяжка
- •5.3. Прошивка
- •5.4. Закручивание
- •5.5. Листовая штамповка
- •5.6. Прокатка
- •5.7. Волочение
- •5.8. Гибка
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 6. Средства нагрева металлов
- •6.1. Источники нагрева
- •6.2. Пламенные нагревательные устройства
- •6.3.Электрические нагревательные устройства
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 7. Технологические процессы художественной деформации, ч. 1
- •7.1. Художественная ковка Основные положения
- •Кузнечные инструменты
- •Основные операции ручной ковки
- •7.2. Выколотка (дефовка)
- •7.3. Чеканка
- •Инструменты и приспособления
- •Технология чеканки
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 8. Технологические процессы художественной деформации, ч. 2
- •8.1. Тиснение (басма)
- •8.2. Металлопластика
- •8.3. Насечка (тауширование)
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 9. Технологические процессы художественной деформации, ч. 3
- •9.1. Филигрань (скань)
- •9.2. Гравирование Общие положения
- •Инструменты и приспособления
- •Плоскостное гравирование
- •Обронное гравирование
- •9.3. Изготовление сусального золота
- •9.4. Листовая штамповка
- •9.5. Ручное резание
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Список литературы
- •Специальные технологии художественной обработки материалов. Часть 2 (Технология изготовления художественных изделий обработкой давлением)
Вопросы для самоконтроля:
На какие группы делятся источники нагрева заготовок ?
Какие виды топлива используются в пламенных устройствах нагрева ?
Что является основой стационарного горна ?
Какое простейшее нагревательное устройство широко применяется при художественной ковке ?
Каковы преимущества нагрева заготовок в соляных электрических ваннах ?
Лекция 7. Технологические процессы художественной деформации, ч. 1
7.1. Художественная ковка Основные положения
Ковка – один из древнейших способов деформации металлов – заключается в том, чтобы ударами молота придать заготовке желаемую форму.
Существуют две разновидности ковки: холодная и горячая.
Холодной ковке поддаются в основном высокопластичные металлы: золото, серебро и медь; труднее обрабатываются деформируемые цветные сплавы на основе меди, алюминия, магния, титана. Главной особенностью этого процесса является развитие наклепа.
Под ударом молота теряется пластичность металла, но одновременно повышается прочность. Если продолжать деформацию такого металла, он начнет разрушаться. Чтобы сделать металл вновь пластичным, пригодным для дальнейшей обработки, применяют отжиг.
Таким образом, холодная ковка состоит из двух чередующихся операций: деформации металла и его отжига.
В настоящее время холодная ковка в художественной обработке металла встречается главным образом в ювелирном деле.
Горячую ковку широко применяют при обработке различных сталей.
Для изготовления кованых художественных изделий (решетки, перила, светильники и др.) используют малоуглеродистые стали обыкновенного качества.
Из высокоуглеродистых инструментальных сталей изготавливают различные слесарные и кузнечные инструменты.
Легированные стали в кузнечном деле применяют в основном для изготовления инструментов, работающих при ударных нагрузках и высоких температурах.
Нагрев металла является одной из наиболее ответственных операций. В процессе нагрева изменяется структура металла, его свойства, состояние поверхностных слоев. В результате повышается активность взаимодействия металла с атмосферой, и на поверхности образуется слой окалины, толщина которого зависит от температуры и времени нагрева, химического состава металла и окружающей среды.
Например, сталь начинает интенсивно окисляться при температуре выше 900 °С, при 1000 °С скорость окисления увеличивается в два раза, а при 1200 °С – уже в пять раз.
При нагреве углеродистых сталей происходит выгорание углерода с поверхности на глубину до 2–4 мм – так называемое обезуглероживание металла.
Известно, что заготовки по сечению прогреваются передачей тепла от наружных слоев к внутренним. Наружные слои расширяются больше внутренних, и между ними возникают температурные напряжения, которые могут разрушить металл. Заготовки из малоуглеродистых сталей с диаметром сечения до 100 мм не боятся быстрого нагрева, и поэтому их можно закладывать холодными в печь с температурой до 1300 °С.
Высокоуглеродистые и легированные стали имеют низкую теплопроводность, и поэтому, чтобы не образовывались трещины, заготовки необходимо нагревать медленно.
Заготовку можно ковать только тогда, когда она равномерно прогрелась по всему сечению. Для каждого сплава существует определенный температурный интервал ковки Тн – Тк (Тн – температура начала ковки и Тк – температура конца ковки).
Для углеродистых сталей Тн = 1100 ÷ 1300 °С, а Тк=800÷900 °С.
Чем больше углерода в стали, тем ниже температура начала ковки.
Небольшой нагрев стали выше Тн приводит к перегреву. При этом металл становится крупнозернистым, его пластичность снижается. При необходимости перегрев можно исправлять термической обработкой.
Значительный нагрев металла выше Тн приводит к пережогу. Это проявляется в ускоренной диффузии кислорода внутрь металла, что приводит к нарушению связей между зернами и в конечном итоге - к разрушению металла при ковке. Пережог – неисправимый брак.
Ковка заготовок при температуре ниже Тк опасна образованием трещин.
Чтобы поковки имели более высокие механические свойства, рекомендуется заканчивать ковку при температуре на 20–30 °С выше Тк. В этом случае в металле успеет пройти рекристаллизация, и структура остается мелкозернистой.
Металл при художественной ковке нагревают в основном в кузнечных горнах (см. гл. 6). Для разжигания холодного горна в очаг насыпают небольшой слой угля и поджигают древесные стружки или тряпки, смоченные керосином. Затем насыпают второй слой угля и дают слабое дутье. Когда уголь разгорится, добавляют еще угля и постепенно увеличивают дутье.
Под действием высокой температуры каменный уголь начинает спекаться, образуя над очагом куполообразную «шапку», под которой развивается высокая температура. Заготовку зарывают в горячие угли и засыпают свежим углем. Спекшийся свод стараются сохранить целым, для чего его периодически обрызгивают водой.
Подачу воздуха регулируют, следя за тем, чтобы пламя было слегка коптящим, нейтральным. При большом избытке воздуха пламя становится острым, вызывающим местный перегрев металла и образование окалины.
Очень важно уметь определять температуру нагретого металла. Опытные кузнецы эту температуру с достаточной точностью определяют на глаз – по цвету каления.
Так, красный цвет, еле видимый в темноте, примерно соответствует температуре 400 °С, светло-красный, видимый в полумраке, – температуре 480 °С, а красный, видимый при солнечном свете, – 535 °С.
Характеристика цвета каления довольно субъективна, о чем можно судить по табл. 7.1.
Таблица 7.1
Цвет каления в зависимости от температуры металла
По Г. Семераку, К. Богману |
По А. В. Флерову | ||
Цвет каления |
Т, °С |
Цвет каления |
Т, °С |
Красный, среднеспелой вишни Вишнево-красный Красный, светлой вишни Красный средней яркости Лимонно-желтый Светло-желтый Желто-белый Ярко белый |
580 746 800 900 1000 1080 1209 1400 |
Темно-красный Вишнево-красный Светло-красный Густо-оранжевый Оранжево-желтый Светло-желтый Белый, различной яркости |
650 700 800 900 1000 1100 1200-1400 |