§ 1. Материалы для свободной ручной ковки

Для кузнечных работ применяются металлы и сплавы, обладающие ковкостью и пластичностью. Из черных метал­лов этими качествами обладают некоторые марки стали (сталь — это сплав железа с углеродом и другими элемен­тами). По своему строению этот сплав представляет тело, состоящее из кристаллических зерен, связанных между собой силой межкристаллического сцепления. Сталь харак­теризуется по своему химическому составу, т. е. по содер­жанию тех элементов, которые в нее входят.

Обязательными компонентами стали являются: железо и углерод, а также кремний, марганец, сера, фосфор. Главным элементом стали является углерод, содержание которого (обычно от 0,1 до 1,7%) и обусловливает характер стали. При содержании углерода до 0,1% сталь очень мягкая, легко куется, хорошо сваривается кузнечным спо­собом, не принимая закалки. В .практике такую сталь называют железом.

При содержании углерода от 0,1 до 0,3% и других примесей до 1% сталь называется поделочной. Такая сталь отвечает всем требованиям, которые возникают при худо­жественной ковке.

При содержании углерода от 0,08 до 0,85% получают сталь средней твердости (конструкционная). Она хорошо куется при надлежащем нагреве, хорошо закаливается, плохо сваривается.

При содержании углерода от 0,6 до 1,35% сталь называ­ется высокоуглеродистой или инструментальной. Эта сталь куется значительно труднее, требует очень умелого про­ведения нагрева перед ковкой и самой ковки при опреде­ленных температурах.

При содержании углерода до 2% сплав называется чугуном. Чугун твердый, хрупкий сплав, не поддающийся ковке.

Для изготовления кованых художественных изделий применяются стали обыкновенные углеродистые (ГОСТ 380-71). Такие стали маркируются буквами Ст и цифрами от 0 до 6. Лучшими из них являются марки СтО, Ст1, Ст2. Из углеродистых качественных конструкци­онных сталей (ГОСТ 1050 — 74) можно применять марки 10 (углерода 0,07-0,14%) и 15 (углерода 0,12-0,19%). Но эти стали дорогостоящие. Для изготовления слесарных и куз­нечных инструментов применяются стали инструментальные углеродистые (ГОСТ 1435 — 74). Их выпускают и с содержа­нием углерода от 0,6 до 1,4%.

Буква У — означает углерод, цифра после буквы — про­центное содержание углерода с точностью до десятой доли.

В табл. 10 приведены марки стали и применение этих сталей при изготовлении инструмента.

Таблица 10

Марка стали	Содержание углерода, %	Применение
У 7	0,65-0,74	Чеканы, зубила, отвертки, кувалды, слесарные и чеканные молотки.
У8	0,75-0,84	Чеканы, штихили, граверные зубила, пуан­соны
У9	0,85-0,94	Зубила по камню, инструменты по дереву
У10	0,95-1,04	Сверла, метчики, развертки, напильники.
У 12	1,15-1,24	Пилы по металлу Сверла, метчики, шаберы
У 13	1,25-1.35	Резцы по твердому металлу, зубила, волочильный инструмент

Для изготовления инструментов можно применять и некоторые марки легированных сталей (ГОСТ 5950 — 73), в состав которых кроме железа и углерода входят раз­личные легирующие элементы: кремний, хром, вольфрам, ванадий, молибден, никель.

Примеси хрома делают сталь нержавеющей, кислото­упорной. Хром увеличивает твердость, понижает вязкость. Хромистая сталь требует медленного нагрева, куется трудно (если содержание хрома превышает 1%).

Сталь, содержащая 12 — 18% ванадия, называется быстро­режущей. Она хорошо куется и меньше трескается.

Молибден придает стали мелкозернистость и увеличива­ет самозакаливаемость.

Существуют и более сложные марки стали: хромо-никелевые, хромоникелемолибденванадиевые и т. п.

Способы определения марки стали. Кузнец должен уметь выбирать сталь, которая по своим качествам будет соответствовать задуманному изделию. Завод-поставщик обязан каждую прокатанную заготовку маркировать клеймом и окрашивать краской, согласно установленному цвету для каждой марки стали.

В табл. 11 приведены установленные цвета для ста­лей, часто употребляемых при художественной ковке.

Габлица 11

Марки стали	Цвета окраски	Марки стали	Цвета окраски
Ст1	Белый	У7	Синий + красный
Ст2	Желтый	У8	Синий + желтый
СтЗ	Красный	У9	Синий + розовый
Ст4	Черный	У10	Синий + черный
Ст5	Зеленый	У12	Синий + зеленый
Ст6	Синий

При расходовании стали отрубается в первую очередь неокрашенный конец, клейменый конец расходуется в последнюю очередь. Из пучков, используя металл, сохраня­ют бирку, которая привязана к пучку.

Поскольку художнику-кузнецу часто приходится исполь­зовать металл, который уже был в изделиях, или заго­товки с утраченными клеймами, необходимо научиться пользоваться приемами определения марки стали в усло­виях своей мастерской. Существует несколько способов определения марки стали.

Определение марки по искре. При сопри­касании образца с вращающимся наждачным кругом про­исходит искрение. Для разных марок стали свойственна искра различного характера. Желательно иметь в мастер­ской набор образцов различных марок стали с клеймами, который может служить эталоном при определении неиз­вестной марки. Это дает возможность рассортировать сталь с точностью до 0,2% содержание углерода и определить, содержит ли испытуемый образец вольфрам и хром. При испытании необходимо подкладывать черный фон под пучок искры. Во время испытания необходимо так расположить образец к вращающемуся диску, чтобы поток искр был длиной около 300 мм перпендикулярно линии зрения. Для сохранения потока искр одной и той же длины нужно равномерно давить на круг, так как неравномер­ное давление образца на круг может дать неправильный результат. Наблюдая за искрой, следует обращать внима­ние на длину искры, количество и характер звездочек, окраску.

При малом содержании углерода (около 0,12%) оторвав­шаяся от куска металла искра оставляет след прямой линии, имеющий два утолщения (рис. 60, а) (светлое и темно-красное). Пучок длинный и светлый. В стали сред­ней твердости с содержанием 0,5% углерода пучок короче (б), также светлый, но от первого утолщения начинают отделяться звездочки. Высокоуглеродистая инструментальная сталь (1,0% углерода) дает короткий и широкий ручеек (в) красноватых искр, от первого утолщения отделя­ется сноп искр. В марганцовых сталях (г) первые утолще­ния заканчиваются звездочками, вид пучка зависит от содержания углерода. Хромистая сталь (д) дает длинный пучок искр, иногда красноватый с разрывом и с харак­терно отделяющимися звездочками. Вольфрамовая сталь (е) имеет прерывистую темно-красную искру со светлым утолщением на конце. Хромовольфрамовая быстрорежущая сталь средней твердости (ж) имеет двойную искру: темно-красную тонкую и короткую и красную толстую и длинную. Быстрорежущая сталь (з) имеет такие же искры, как и в (ж), но с разрывом.