Способы термической обработки металлов при художественной ковке

В художественной ковке применяется множество материалов, и каждый из них имеет свои свойства и характеристики, соответствующие химическому составу и внутреннему строению. В процессе термической обработки материала можно добиться необходимого изменения характеристик металла, воспользовавшись уже разработанными таблицами, в которых указаны необходимые условия и приемы обработки. Однако на практике мастер часто сталкивается с тем, что требуемого оборудования не хватает, а химический состав обрабатываемого металла неизвестен.

Кузнецы, выполняющие художественную ковку, подразделяют металл на ковкую сталь и на инструментальную сталь. Декоративные замки, щиты, петли, листья или цветы можно изготовить только из очень мягкого пластичного материала. Для придания металлу таких свойств используют отжиг. Обрабатываемый металл в течение 2-3 часов нагревают в печи при температуре 650-720°С. Если электрической печи нет, металл нагревают в горне. Нагрев происходит с помощью древесного угля, под который понемногу вдувается воздух. Охлаждение металла должно происходить как можно медленнее. В электрической печи металл остывает вместе с печью, когда она выключается. При отжиге на древесном угле металл закапывается в просеянную золу, предварительно разогретую в горне, и остужается ней. Такая обработка позволяет добиться особой тягучести металла, которая позволит изготовить из него изделия любой, даже самой сложной, формы. Если декоративные изделия делаются из меди, этот металл обрабатывается по-своему. Сначала медь необходимо разогреть до температуры 500-600°С, а затем быстро охладить в воде. Такая обработка придаст меди необходимую тягучесть.

Часто бывает, что мастера художественной ковки оказываются перед необходимостью самостоятельного изготовления инструментов. В таком случае выбранная инструментальная сталь подвергается закалке, основной целью которой является придание стали наивысших характеристик твердости. Процесс закалки состоит в чередовании медленного и равномерного нагрева стали до необходимой температуры и его быстром охлаждении. Быстрое охлаждение препятствует изменению свойств металла, которое может произойти в результате медленного охлаждения. К таким изменениям относятся выделение феррита и превращение аустенита в перлит. В процессе закалки аустенит превращается в мартенсит, который является самым твердым и хрупким компонентом после цементита. Режим охлаждения стали выбирается в зависимости от ее марки.

В процессе закалки используются различные охлаждающие среды, каждая из которых имеет свои охлаждающие свойства. Наибольшая скорость охлаждения достигается в холодной воде, средняя – в масле, наиболее медленная – на воздухе. Холодная вода может увеличивать свою охлаждающую способность, если в нее добавить присадку поваренной или кровяной соли или соляной кислоты (концентрация 1:10). Уменьшить охлаждающую способность можно нагревом воды или с помощью подмешивания известняковых веществ. Также увеличить охлаждающее действие среды можно с помощью сообщения ей движения. Углеродистая сталь обычно охлаждается в воде, легированная – в масле, высоколегированная – в потоке воздуха. Обычно при изготовлении инструмента для художественной ковки или слесарных работ закаливается только его рабочая часть, которой непосредственно обрабатывают изделия.

Выше было сказано, что в процессе закалки происходит превращение аустенита в твердый и очень хрупкий мартенсит. Подвергая мартенсит дальнейшему слабому нагреву, можно добиться его изменения и превращения в другие структурные формы – бейнит, троостит или сорбит. Они не такие твердые, как мартенсит, но уже и не такие хрупкие. Инструмент, закаленный таким способом, называется отпущенным. Нагретый под закалку инструмент охлаждают также не весь, а только рабочая его часть. Охладив инструмент, его вынимают из охлаждающей жидкости и зачищают на специальном камне. На очищенном месте должно наблюдаться изменение цвета металла, которое происходит за счет идущей от нагретой части инструмента теплоты (см.таблицу). При появлении нужного цвета закаленная часть снова погружается в охлаждающую жидкость, после чего охлаждают весь инструмент.