Текст книги "Техника художественной эмали, чеканки и ковки"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 10 страниц)

Операции обрубки и вырубки аналогичны просечке, с той только разницей, что просечка выполняется по более тонкому листу ручными зубилами и в холодном состоянии.

Зубила применяются разного профиля: полукруглые, прямые, угольные и др.

73. Старинные сечки для капусты

Если обрубка и вырубка производятся на наковальне с железной подкладкой, то просечка – на торце дерева.

На рис. 73 показаны изделия, выполненные обрубкой и вырубкой.

Пробивка отверстий. Отверстия в поковках получают с помощью пробивки. Эти операции производятся при высоких температурах. На место, подлежащее пробивке, устанавливают пробойник (бородок) и наносят удары достаточно сильные, чтобы бородок погрузился на три четверти толщины металла.

Место будущего отверстия должно находиться над круглым отверстием наковальни; если оно по величине мало, то используют квадратное отверстие. В результате первых ударов в нижние части поковки под бородком происходит выпучивание. Не вынимая бородка, сдвигают заготовку на лицо наковальни и делают легкий удар по бородку – на выпуклости появится точное очертание места, куда следует поставить бородок второй раз. После извлечения бородка заготовку переворачивают и бородок, остуженный в воде, ставят на выпуклость над отверстием, сделанным при первых ударах. Очень важно при этом, чтобы рабочая часть бородка была конусообразной и заканчивалась небольшой площадкой. Бородок должен по диаметру быть немного меньше требуемого отверстия. Затем в полученное отверстие вставляют оправку с диаметром, равным требуемому размеру отверстия.

В результате такой пробивки вырубленный участок металла называется выдрой. Если необходимо соединить взаимно пересекающиеся заготовки одинакового сечения, то отверстие разрубают и с помощью бородка разгоняют. Этим приемом пользовались старые мастера при изготовлении оконных решеток.

При получении отверстий квадратного сечения или другого в круглое отверстие, предварительно нагретое, вставляют оправку нужного профиля.

Для того чтобы получить отверстие в заготовке квадратного сечения, идущие через грань, пользуются ниж-ником подкладки, которая удерживает квадрат при ударе на ребро (грани).

Если необходимо сделать отверстие в заготовке круглого сечения, стенки которой должны быть равны половине толщины, необходимо легким ударом ручника в нагретом состоянии сделать плоскость, на которую ставится зубило. Это позволяет заготовку разрубить точно посредине. Этот же способ применяется и для пробивания отверстий через грань.

При пробивании отверстий, больших по диаметру, чем все имеющиеся оправки, пользуются рогом наковальни. Для этого заготовку разрубают, разводят наибольшей оправкой, надевают в нагретом состоянии на рог и ручником проковывают.

Как видно из описанного, при изготовлении отверстий также используют и зубило (секач), которое должно иметь лезвие не прямое, а выгнутое, на гранях идущих от отверстия к лезвию, фаски. На рис. 74, а, б показаны приемы пробивки отверстия.

Гибка – кузнечная операция, при которой поковке придается изогнутая форма по заданному контуру. При гибке толстых заготовок происходит искажение первоначальной формы и размеров поперечного сечения в зоне изгиба (при гибке тонких заготовок этим явлением можно пренебречь). Чтобы устранить искажение формы и утяжку, необходимо до гибки произвести осадку того участка, где предполагается согнуть заготовку. Явление утяжки проявляется тем сильнее, чем больше угол загиба и чем меньше радиус скругления. Утяжку нельзя устранить правкой, но искажение формы поперечного сечения (овальность) легко исправить правкой и проглаживанием.

Гибка имеет следующие разновидности.

Гибка под углом – производится на ребре наковальни с предварительным нагревом только участка гибки. Нагретую заготовку устанавливают так, чтобы будущее ребро сгиба на заготовке совпадало с передним ребром наковальни, и прижимают сверху кувалдой. Ручником ударяют не по концу заготовки, а ближе к ребру наковальни.

Если необходимо заготовку согнуть без радиуса сгиба (под углом 90°), используют вилку. С помощью вилки заготовку подготавливают под гибку (см. рис. 75, г), после этого на ребре наковальни с помощью ручника и гладилки выправляют угол.

Гибка под углом 90° без радиуса скругления (в тисках). Нагретую заготовку сгибают на ребре наковальни, зажимают в тиски и ударяют в торец металла. В зоне загиба происходит осадка металла (утолщение), запас которого необходим для выправления угла.

Если длинную полосу или пруток необходимо согнуть несколько раз (причем места сгибов расположены близко друг к другу), гибку производят на шпераках с рогом подходящей формы.

Если необходимо гнуть заготовки под любым углом, то применяют нижник, который изготовляют в процессе работы. Нагретую заготовку кладут на нижник, сверху перпендикулярно ей – пластину, равную по ширине детали, которую нужно обогнуть, и сильным ударом кувалды продавливают (изгибают) в нижник.

За неимением нижника можно воспользоваться вилкой, которую также можно согнуть во время работы над изделием.

Иногда после изгибания в вилке поковку выправляют с помощью гладилки или на квадратном роге наковальни.

Гибка по дуге – операция, которая производится на роге наковальни или соответствующих по дуге шпераках. Сложные профили гнут на оправках, шаблонах и гибочной плите.

74. Пробивка отверстий: а – бородком; б – зубилом

Гибку по шаблону делают тогда, когда в изделии один и тот же элемент повторяется много раз. Из достаточно толстого полосового металла выгибают шаблон будущего элемента. Его закрепляют одним концом в тиски или он может быть смонтирован на подкладку и нагретой заготовкой огибают. Особенность заключается в том, что при изготовлении шаблона нужно быть внимательным и изготовлять его с большой тщательностью, потому что будущие элементы изделия будут копировать шаблон.

Гибка на конусе. При изготовлении декоративного элемента – конусной спирали – применяется инструмент – конус, который представляет собой коническую оправку, сечение которой и обусловливает внутреннее сечение будущей спирали.

Нагретый прут металла закрепляют вместе с оправкой в тиски и огибают до вершины оправки. Витки нужно класть один к одному. Окончание прутка, которое служит вершиной спирали, претерпевает различные изменения. Если сечение прутка достаточно тонкое, то работу проводят в холодном состоянии. В этом случае железо отпускают.

Гибку без конуса применяют при изготовлении спирали, которую можно гнуть без оправки – как бы саму на себя.

Конец прутка загибают на угол 90°. В нагретом состоянии закрепляют в тисках и огибают на себя.

При достаточном количестве витков спираль нагревают и за конец, который является вершиной будущей конусной спирали, вытягивают.

При изготовлении различного рода декоративных элементов нужно быть особенно внимательным при их завершении: от качества исполнения их зависит не только данный элемент, но и все изделие в целом. На рис. 75, а – д показаны приемы гибки и некоторые элементы завершений.

Закручивание. Сущность этой операции заключается в том, что одну часть поковки поворачивают по отношению к другой вокруг общей оси.

Различаются два варианта.

1 Часть заготовки поворачивается на угол до 180°

Например, отдельные элементы декоративных изделий (листья, цветы) изгибают (поворачивают) для большей пластической выразительности.

Закручивание на 180° производится на шпераке на роге наковальни с помощью ручника; более мелкие элементы – круглогубцами.

2. Скручивание осуществляется многократно на угол 360°. Этот прием использован при изготовлении кованых решеток оконных проемов. На рисунке показана решетка палат Меньшиковых в Пскове (рис. 76).

75. Приемы гибки: а – на конусе; б – в тисках; в – по шаблону; г – с помощью вилки; д – на нижнике

Скручивание тонких заготовок производят два кузнеца. Захватив заготовку клещами, они вращают ее в двух противоположных направлениях одновременно. Скручивание более толстых поковок производят посредством воротка, при этом другой конец заготовки зажимают в тиски. Широкие полосы удобно захватывать с помощью вилки. Наиболее красивые декоративные элементы, богатые светотенью, получают из двух круглых прутков, туго свитых между собой. При скручивании и свивании заготовка должна быть нагрета до ярко-красного каления; при более низкой температуре скручивание требует больших усилий, а в металле могут возникнуть трещины.

Отделка (выглаживание). К этой операции приступают после того, как основная форма изделия уже откована. Цель операции: придать законченный вид поковке. После молотка всегда остаются следы – волнистость. Кроме того, изделие из-под молотка (особенно со следами кувалды) имеет неряшливый и незаконченный вид. Выглаживание и окончательная отделка заключаются в выравнивании поверхности с помощью гладилок различных форм. Выглаживание ведут при темно-красном нагреве заготовки, перемещая гладилку по поверхности изделия и ударяя по ней кувалдой.

Иногда выглаживают только отдельные участки рельефа. Например, только его наиболее выступающие части, а углубление составляют «из-под молотка». Это придает своеобразную живописность изделию.

Операция выглаживания играет большую роль в художественной ковке, она придает изделию законченный вид.

Насекание рисунка. Эта операция, как и предыдущие, относится к отделочным, заключительным видам ковки.

С помощью зубила в холодном или горячем состоянии можно воспроизвести на поверхности изделия различные штрихи, насечки или более сложные узоры, включая изобразительные элементы и шрифтовые надписи. Насекание производят на поверхностях, более или менее плоских и хорошо видных на готовом изделии.

Набивка рельефа и фактуры. Эта операция также относится к отделке готового изделия и выполняется с целью обогащения его фактуры путем создания дополнительных рельефных выступов или канавок и углублений, например жилок на листьях и лепестках, канелюр на колоннах и т. п. Работу выполняют специальными подбойками или пуансонами.

§ 5. ПРИЕМЫ СБОРКИ КОВАНЫХ ИЗДЕЛИЙ

При художественной ковке очень важно определить, какая часть изделия будет коваться целиком, а какие элементы будут выполняться отдельно, а затем соединяться. От правильного технологического процесса во многом зависит успех работы. В свою очередь, для разработки технологии необходимо иметь кроме рисунка изделия точный чертеж, составленный конструктором с учетом припусков на механическую (токарную, фрезерную) обработку, если такая предусматривается. Имея чертеж поковки, можно рассчитать и массу необходимого материала для ее изготовления, прибавив к массе поковки отход металла на обсечку (в зависимости от сложности поковки) до 20 – 30%, на угар из расчета 2 – 3% на каждый нагрев и 1,5 – 2% на каждый подогрев.

76. Решетка палаты Меньшикова в Пскове ( XVII в.)

При разработке конструктивного чертежа деталей под ковку следует учитывать специфику этой техники и избегать нехарактерных для нее форм и конфигураций. Например, пересечение цилиндрических поверхностей между собой, а также избегать ребристых сечений, так как ребра в некоторых случаях (например, по контуру цилиндра) сделать крайне трудно, а иногда техникой свободной ковки и невозможно. Детали с резкой разницей в размерах лучше делать сварными или собрать на резьбе.

Процесс работы над изделием начинается с четкого представления его не только в целом, но и в деталях (характер их соединения). Это обусловливает и порядок проведения технологических операций. Особенно следует обратить внимание на приемы соединения.

В материалах, которые используются в изделиях декоративно-прикладного искусства: стекло, керамика, дерево, железо, прием соединения выполняет не только соединительную функцию, но и влияет на силуэт и характер изделия, подчеркивая его образную структуру. Вот это единство функционального и архитектурного и является одним из главных свойств кованого металла.

В изделии, в основе которого использованы единый растительный мотив, целесообразно соединять детали сваркой или клепкой впотай, или комбинацией обоих приемов. В этом случае соединения выполняют только функциональную роль. Места соединения в таких изделиях закрывают соседними декоративными элементами, листьями, цветами. Это прием характерен для барокко (рис. 77). В других случаях, когда изделия собраны из повторяющихся элементов, соединением служит хомут (скоба) (рис. 78) – клепка с ясно выраженной головкой, которая иногда изготовляется в виде цветка. Все конструктивные соединения ясно выражены, в этом случае они. несут и архитектоническую функцию. Подобный прием и другие характерны для изделий многих стилей и современных произведений (рис. 79).

Кузнецами всех стран используются растительные элементы украшений: стебли, листья, цветы, плоды и др.

Техника ковки украшений достигла высоких результатов. Если в решетках классицизма растительный орнамент и его элементы обобщены, то в барокко уже изображаются конкретные растения, а в модерне это приводит к натурализму. Со сменой стиля происходит изменение технологии. Если в работах романского периода кузнец использовал 2 – 3 универсальных инструмента – зубило, бородок, ручник и работа была непосредственно связана с горном и наковальней, то в работах барокко появляются многочисленные штампы, пуансоны, оправки и работа ведется по листовому металлу и на шпераках.

Ковка соединительных элементов и украшений

Изготовление листьев из полосы. В полосе шириной 30 мм, толщиной 10 мм делается перебивка, конец вытягивается на стебель. Заготовка укладывается в нижник и проковывается: полукруглым зубилом вырубаются контуры листа и насекаются зубилом жилки, на шпераке листу придается форма (рис. 80).

Изготовление листа из прутка. На конце заготовки производится осадка и осаженному концу придается форма. Заготовка нагревается, укладывается в нижник и проковывается; последние удары можно производить через гладилку (рис. 81).

Изготовление листа без нижника. Заготовку осаживают и придают ей форму. Сильными ударами проковывается часть, которую осадили, одновременно ей придается правильный силуэт листа. Обратной стороной ручника или подбойкой делаются углубления и секачом намечается стебель. При организованной работе этот.листок делается с одного нагрева (рис. 82).

77. Декоративная решетка Венгрия ( XVIII в.).

78. Решетка (элементы соединены хомутом)

Клепка

В практике художественной ковки одним из средств соединения кованых элементов является клепка. Например, при изготовлении металлических дверей при реставрационных работах расходуется около 200 клепок на одну дверь.

Клепки изготовляют из малоуглеродистых сталей из прутка большего, чем стержень, сечения будущей клепки. Инструментом служит гвоздильня.

Нагретый конец стали несколькими ударами вытягивают. Надрубают на насечке и вставляют в отверстие, равное вытянутому концу. При установке заготовки в отверстие нужно помнить, что лицевая сторона гвоздильни та, у которой диаметр отверстий меньше. Остальную часть заготовки отламывают, оставшийся конец расклепывают. Получается головка клепки, форма которой может быть очень разнообразной. После извлечения клепки из гвоздильни ее отрезают до нужного размера. Этот же процесс используют и при ковке кованого гвоздя с той лишь разницей, что конец вытягивают на острие. Ковку гвоздя и клепки делают с одного нагрева.

79. Конструктивные примеры соединений элементов в решетках

Горновая сварка

Одной из самых сложных операций является горновая сварка (кузнечная), требующая большого опыта и знаний.

При производстве изделий методом ковки применение горновой сварки облегчает и ускоряет работу, а в некоторых случаях она является решающей.

Кузнечная сварка позволяет соединить в одно целое изготовленные по отдельности детали, причем их можно в этом случае выполнить с большей точностью и совершенством. Кузнечной сваркой легко сваривается мягкая сталь с содержанием углерода 0,15 – 0,25%

Процесс горновой сварки состоит из следующих операций: подготовка горна; подготовка концов свариваемых деталей; сварка; проковка.

Подготовку горна под горновую сварку нужно проводить с большой тщательностью: горн очищают от золы, шлака, продувают горновое отверстие. Особенно тщательно горн очищают после пайки медным припоем. В этом случае рекомендуется горн прокалить с поваренной солью.

Уголь, подготовленный для горновой сварки, необходимо внимательно осмотреть.

В зависимости от толщины поковок, подлежащих сварке, их подготавливают различным способом. На рис. 83, а – е изображены различные способы подготовки концов свариваемых деталей. Наиболее распространенный шов – внахлестку. Концы осаживают и вытягивают (напуск должен быть в полтора раза больше толщины заготовки).

При сварке врасщеп (в замок) концы осаживают и один конец разрубают. Сварка врасщеп применяется для сваривания рессорной и инструментальной стали. Сварку можно производить в горне, ударяя в торец заготовки; она применяется при вваривании более твердой стали в мягкую.

При сварке встык концы осаживают и скругляют для того, чтобы при сварке произошло выжимание шлака.

Применяется в случаях, когда невозможно применить первые два (внахлестку и врасщеп).

Сварка внахлестку с клепкой и без клепки применяется при сварке колец.

Сварка впритык применяется для сваривания Т-образных изделий.

Осадка концов производится для того, чтобы при отделке сварного шва был запас толщины металла. Запас металла необходим, чтобы можно было проковать заготовку не только в месте сварочного шва, но и в тех местах, где металл был нагрет до температуры сварки.

Сварка бывает сухая и сочная.

80. Изготовление листа из полосы (последовательность операции)

При сухой сварке подготовленные концы заготовки нагревают до температуры сварки. Металлической щеткой, ручником или просто легким ударом о наковальню сбивают окалину и быстро сваривают изделие легкими ударами молотка. Более надежный способ сварки – сочный, с применением флюса.

Флюсы для сварки разных марок стали используются разные. При сварке используют сварочные порошки, состоящие из буры, поваренной соли, борной кислоты, канифоли. Малоуглеродистая сталь (железо) сваривается с помощью флюса, который состоит из чистого речного песка с небольшим добавлением буры. Для сваривания стали с большим содержанием углерода применяют флюсы с добавлением металлических опилок, например, песок, бура, опилки.

Прочность сварочного шва зависит от чистоты свариваемых деталей. Загрязнение концов при высокой температуре может быть за счет окалины и посторонних включений: шлака, кокса, золы, кирпича и т.п. Флюс, попадая на нагретые концы, плавится и растворяет окалину. Расплавившийся флюс предохраняет металл от перегорания. Поэтому очень важно при горновой сварке флюсом присыпать свариваемые куски до того, как изделие нагреется до температуры сварочного жара, а в некоторых случаях, перед тем как положить заготовку в горн, концы погружают в жидкий раствор глины с поваренной солью.

81. Изготовление листа из прутка с применением фасонного ниж-ника (штампа) (последовательность операции)

Перед нагревом под сварку необходимо насыпать в горн достаточное количество угля, чтобы во время сварки не подсыпать, и дать ровное дутье.

Перед тем как металл нагрелся до температуры сварки, но еще не стал отбрасывать искры, его нужно посыпать флюсом и прибавить дутье. Когда концы свариваемых деталей покроются ровным слоем слизи, можно проверить их острозаточенным металлическим прутом: если конец прута вязнет, значит металл достаточно нагрелся. Концы снова посыпают флюсом, не давая металлу отбрасывать искры, и увеличивают дутье, дав концам металла равномерно прогреться до сварочного жара. Затем заготовку вынимают на наковальню и легким ударом о стул наковальни отбивают окалину.

82. Изготовление листа без нижника

Такие операции, как подача из горна на наковальню и сварка, должны производиться возможно быстрее, чтобы процесс соединения происходил при наивысших температурах, и поэтому ковку часто делают в две-три руки быстро чередующимися ударами.

Частота ударов при сварке должна быть такой, чтобы кузнец успел, переворачивая изделие, нанести достаточное их число до того, как вследствие понижения температуры способность металла к свариванию не будет потеряна.

Весьма существенно, чтобы нагрев металла до сварочных температур был локальным (местным), т. е. только той части, которую проковывают в процессе сварки, иначе рост кристаллов в смежных областях снизит качество ковки. Этот дефект выправляют осадкой концов металла, которая позволяет проковать не только в месте шва, но и в зоне нагрева.

83. Подготовка концов поковок под сварку: а – внахлестку; б – врас-щеп (в замок); в – встык; г – с клепкой; д – впритык; е – вразруб

Пайка латунью

Пайка не относится к кузнечным операциям, так как эта операция не связана с наковальней. Это – средство соединения деталей или декоративных элементов, изготовленных методом свободной ковки.

Русскими мастерами эта операция применялась очень широко. Этим методом были изготовлены изделия, отличающиеся высоким мастерством и большими художественными достоинствами.

Пайка латунью позволяет соединять небольшие детали. По технологии она аналогична пайке филиграни в ювелирном деле.

На рис. 84 изображена сечка. Декоративные элементы, идущие вдоль стержня, к которому крепится ручка, припаяны латунью.

При изготовлении некоторых изделий пайка является решающей операцией. Например, при ковке ключей к большим секирным замкам и т. п.

84. Кованая сечка ( XVIII в.)

При изготовлении изделия делается эскиз изделия в натуральную величину. В эскизе предусматриваются места соединения элементов с учетом технологической возможности их изготовления. Для изделий, подлежащих пайке латунью, употребляется сталь с низким содержанием углерода (полоса или квадрат). Материал круглого сечения не идет для этих целей, так как детали из этого материала имеют малую плоскость соприкосновения. Металл нагревают, и на шпераках изготовляют по шаблону элементы. Подгонка элементов друг к другу и к основному стержню должна производиться с большой тщательностью. Для этих целей используется слесарный инструмент: ножовка по металлу, различные напильники.

Все детали собирают и крепят к основному изделию с помощью стальной проволоки (биндра). Поскольку при пайке латунью флюсом служит бура, то перед закладкой в горн изделие посыпают смоченной бурой, чтобы бура пристала к изделию. Затем изделие закладывают в горн. Закладка должна производиться осторожно. Нельзя самим изделием раздвигать угли. Кочергой в горне подготавливают подстилку из угля, так, чтобы между горновым отверстием и изделием его должно быть достаточно. С боков подгребают уголь (при этом не допускают, чтобы комочки угля попали на изделие – это может привести к сдвигу элементов) и включают дутье. Дутье должно быть слабое. Это необходимо для того, чтобы разные по массе и величине детали могли равномерно прогреться и флюс равномерно растекся.

При пайке простых изделий с малым числом соединений можно пользоваться прутком латуни. Когда металл нагреется до красного каления, концом латуни касаются мест соединения. Плавка латуни сопровождается зеленым цветом пламени горна. В это время ни в коем случае нельзя изделие передвигать. Нужно выключить горн и дать остыть изделию. После пайки изделие очищают от флюса металлическими щетками или отбеливают в слабых растворах серной кислоты.

Изделия большой сложности, как, например, сечку, паяют на металлическом листе (или полосе), на котором их собирают, связывая биндрой, затем посыпают бурой. В местах соединения раскладывают припой (кусочки латуни) и производят пайку. Вместо кусочков латуни удобно пользоваться опилками латуни, которые должны быть чистыми, без примесей. Для очистки латунных опилок достаточно провести над ними магнит, чтобы удалить железные включения.

При изготовлении более мелких изделий с тонким сечением элементов используют глину с небольшим добавлением соли. Изделие собирают и, как в первых двух случаях, скрепляют проволокой, но не стальной, а латунной. Мокрое изделие посыпают бурой, замазывают глиной с солью и помещают в горн. В этом случае дутье также должно быть слабым, чтобы равномерно высушить и прогреть глину. Когда глина высохнет, можно постепенно увеличивать дутье до тех пор, пока в мелких трещинах глины не появится расплавленная латунь. Пока глина была сырая, латунная проволока исполняла роль биндра. Когда глина высохла и сама стала скреплять элементы, проволока расплавилась и выполнила роль припоя.

После того как припой расплавился, нужно выключить горн. Через некоторое время изделие с глиной можно опустить в воду для того, чтобы глина отпала. После пайки изделие очищают от флюса и обрабатывают напильником.

После пайки неровности обрабатывают напильником и оксидируют.

§ 6. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ЗАКАЛКА И ОТПУСК)

Назначение закалки заключается в том, чтобы придать изделию высокую твердость и прочность. Однако при закалке с повышением твердости сталь становится более хрупкой.

Для закалки изделия нагревают до высокой температуры, а затем быстро охлаждают в специальных охлаждающих средах. В зависимости от режима закалки одна и та же сталь получает различные структуры и свойства. Для получения наилучших результатов изделие равномерно нагревают до температуры 740 – 850°С и затем быстро охлаждают до 400 – 450°С. Скорость охлаждения должна быть не менее 150°С в секунду, т. е. охлаждение должно произойти в течение всего 2 – 3 с. Дальнейшее охлаждение, ниже 300°С, может протекать при любой скорости, так как полученная при закалке структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения на нее не оказывает влияния.

В качестве охлаждающих сред чаще всего употребляются вода и трансформаторное масло. Скорость охлаждения в воде больше, чем в масле. При температуре воды 18°С скорость охлаждения достигает 600°С в секунду, а в масле – до 150°С в секунду.

Для придания изделию большей твердости закалку производят в проточной воде. При охлаждении горячей поковки в стоячей воде между водой и поковкой возникает слой пара, который изолирует нагретую поковку от охлаждающей среды. Поэтому во избежание этого пользуются проточной водой.

Иногда для повышения закаливающей способности в воду добавляют поваренную соль (до 10%) или серную кислоту (до 10-12%).

Нагрев изделия выше критической точки придает металлу крупнозернистое строение, а это приводит к нежелательным последствиям: короблению, деформации и появлению трещин. К этому же приводит и быстрое охлаждение.

При закалке инструментов применяются закалочные печи, которые делятся на камерные, или пламенные, где изделие нагревается открытым пламенем; электрические муфельные; печи-ванны, представляющие собой тигли, наполненные расплавами солей, например хлористым барием.

Нагревание в ваннах наиболее удобно, вследствие того что температура ванны всегда постоянная и закаливаемый инструмент не может нагреться выше этой температуры. Кроме того, нагрев в жидких средах идет в два раза быстрее, чем в воздушной среде, а в расплавленном металле – в четыре раза быстрее. Например, для закалки мелких стальных изделий используют расплавленный свинец. Мелкие заготовки погружают в ванны и сверху кладут древесный уголь, который при горении на поверхности свинца создает восстановительное пламя – свинец не окисляется. Чтобы свинец не оседал на стальных изделиях, их смазывают мучным клейстером с поваренной солью.

В табл. 14 приведены составы закалочных солевых ванн.

Таблица 14

Состав солевой, нагревающей среды (массовая доля, %)

Температура плавления, °С

Температура практического применения, °С

Калиевая селитра

55

137

150-500

Нитрат натрия

45

Хлористый натрий

28

500

540-870

» кальций

72

» натрий

44

663

700-870

» калий

56

» натрий

100

808

850-1100

» барий

100

960

1100-1350

При нагревании инструмента в муфелях применяются следующие режимы.

1. Изделия загружают в холодную печь. Нагревают постепенно, вместе с печью. Время нагрева продолжительное, но температурное напряжение, возникающее в изделиях, наименьшее.

2. Изделия загружают в печь, нагретую до заданной температуры, и прогревают при этой температуре. Время нагрева здесь меньше, но температурные напряжения больше, чем при предыдущем режиме.

3. Изделия загружают в печь, температура которой выше необходимой для закалки, в процессе нагрева температуру снижают до заданной. В этом случае скорость нагрева высокая, но и напряжение, возникающее в изделиях, очень велико.

4. Изделия загружают в печь, температуру которой непрерывно поддерживают выше необходимой. Изделия нагревают до заданной температуры, но ниже температуры печи. Это наиболее форсированный режим, напряжение достигает максимальных величин.

В последнее время для нагрева под закалку применяют токи высокой частоты. Закаливаемую деталь помещают в специальный индуктор, по которому пропускают ток высокой частоты, и деталь очень быстро нагревается до необходимой температуры.

После закалки необходимо произвести отпуск. Он смягчает действия закалки, повышает вязкость и уменьшает хрупкость и твердость изделия. Кроме того, отпуск устраняет или снижает напряжение, вызванное закалкой.

Для определения температуры отпуска очень часто до сих пор пользуются цветами побежалости. Если очищенное от окалины стальное изделие нагревать, то начиная с температуры 220°С на нем образуется тонкая пленка оксидов железа, придающая изделию различные цвета – от светло-желтого до серого. С повышением температуры или увеличением времени пребывания изделия при данной температуре оксидная пленка утолщается и цвет ее изменяется.

В табл. 15 приведены температуры нагрева и соответствующие им цвета побежалостей.

Таблица 15

Температура нагрева, °С

Цвет побежалости

Температура нагрева, °С

Цвет побежалости

220

Светло-желтый

285

Фиолетовый

230

Желтый

300

Темно-синий

240

Темно-желтый

325

Светло-синий

255

Коричневый

330

Серый

265

Коричнево-красный

Цвета побежалости одинаково появляются как на сырой, так и на закаленной стали.

При отпуске закаленных инструментов применяют два способа.

1. Поверхность закаленного инструмента хорошо отшлифовывают мелкой шкуркой и затем нагревают. По мере того как температура нагрева повышается, на чистой поверхности инструмента появляются цвета побежалости. Когда появится нужный цвет и, следовательно, изделие будет нагрето до определенной температуры, его быстро охлаждают в воде. За цветами нужно следить внимательно, некоторые из них, как, например, светло-красный, сменяются быстро.