Ковка металлов

Рефераты по металлургии » Ковка металлов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ШУЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ТЕМА: «ХУДОЖЕСТВЕННАЯ КОВКА МЕТАЛЛОВ».

ВЫПОЛНИЛ: СТУДЕНТ 4к. 4гр.

МТФ-ФТО КОЧЕТКОВ А.Ю.

НАУЧНЫЙ РУКОВВОДИТЕЛЬ:

____________________________

____________________________

ШУЯ 2004.

План.

Из истории художественной ковки металла.

Металл используемый для ковки.

Инструменты и приспособления.

Термическая обработка стали и цветных металлов.

Химико-термическая обработка стали.

Техника безопасности при кузнечных работах.

Из истории художественной ковки металла.

Издревле русские кузнецы (с VI-VIII веков н.э.) владели всеми приемами свободной ковки кузнечной сварки горновой пайки меди умели производить термическую обработку изделий.

При том уровне техники от мастера требовалось много умения навыка опыта в обращении с металлом. Различить например сорта стали можно было только по цвету и характеру искры или излому а степень нагрева при ковке закалке и сварке - по цвету раскаленного металла (каленого) на глаз; о температуре отпуска стали мастер судил по цветам побежалости и т.д.

Интересно что древнерусские кузнецы с большим искусством производили не только украшения к костюмам - пряжки перстни застежки браслеты подвески ожерелья оплечья или украшения конской сбруи но и петли на ларцы и сундуки оковки для них дверные замки мечи шлемы кольчуги боевые топоры всевозможную бытовую утварь и великое множество других железных кованых изделий.

Приемы свободной ковки известные с древних времен сохранились и до наших дней. Кузнечная сварка была в основе изготовления холодного оружия из многослойной стали. Ее еще называют сварочным булатом. Больших успехов добились мастера из Дамаска. Дамасской сталью стала называться многослойная сварочная сталь.

Во времена могущества Киевской Руси кузнецы принимают активное участие в строительстве Новгородских Киевских и Псковских величественных соборов. Мастера кузнечного дела куют не только пояса для стягивания стен сводов арок но и высокохудожественные решетки для окон парадные ворота двери с накладными цветами витыми ручками-стукалами устанавливают на вершинах куполов соборов "расцветшие" узорчатые кресты.

В XVII в. многие кузнечные мастера переходят на изготовление больших и малых оград для дворцово-парковых ансамблей. Старые русские кузнецы не только обладали знаниями технологии ковки в совершенстве но и славились высоким художественным вкусом.

Решетки и ограды созданные ими замечательно смотрелись на любом фоне были выразительны в архитектурном окружении в близком рассмотрении и на расстоянии. Их красота заключалась в соответствии художественных элементов и их ритмичности. Облик старых московских улиц и переулков просто неповторим.

Оригинальность объясняется присутствием легких кованых кружев на балконах домов на оградах парков скверов церквей. Мастера классицизма великие архитекторы и зодчие Бова Жилярди Баженов Казаков любили использовать кованый металл при проектировании и создании архитектурных ансамблей.

Весьма оригинальны ограды выполненные в стиле русского барокко который был популярен во второй половине XVIII в. Игривый кованый узор выполненный с использованием растительных мотивов контрастирует с мощными каменными столбами. Симметричный рисунок составленный из сердцевидных изгибов стеблей называемых мастерами "червонками" характерен для русского декоративного искусства XVII-XIX вв. С.-Петербург - северная столица России - всегда славился своими решетками мостов и набережных парков и дворцов. Решетка Летнего сада со стороны Невы признана лучшей из декоративных оград в мире. Авторами этого удивительно гармоничного легкого металлического кружева из копий лепных розеток и вытянутых прямоугольников являются русские архитекторы Фельтен и Егоров. Выкована эта решетка кстати сказать тульскими мастерами.

В конце XIX - начале XX в. в Москве С.-Петербурге Одессе и других городах наибольшее число решеток и оград выполнено в стиле модерн. Асимметрия кованых извивающихся стеблей создает какой-то текучий орнамент из сливающихся и переплетающихся диковинных растений. Зачастую рисунок с решеток органически переходит на стену дома и далее в камне или гипсе развивается по фасаду заканчивающийся мощными волками на карнизе дома или парапете крыши.

С развитием прокатного и кузнечно-штампованного производств постепенно в архитектуре все реже стал примениться декоративный кованый металл. Его заменяют сварные конструкции из прокатных профилей круглого квадратного и прямоугольного сечения.

Художественная ковка стала упрощаться все меньше осталось настоящих мастеров умеющих отковать ограду реставрировать или починить старинную решетку.

Поэтому возрождение этого вида ремесла имеет огромное значение для современного декоративно-прикладного искусства.

Металл используемый для ковки.

В кузнечном ремесле приходится иметь дело с различными сплавами цветными металлами со сталями разных марок. Для нагрева до ковочной температуры одинаковых по размерам заготовок но разных типов металла требуется сжечь разное количество топлива.

Теплопроводность металла - это скорость нагрева заготовки по сечению. Чем меньше теплопроводность металла тем больше опасность образования трещин при нагреве. Например теплопроводность сталей особенно легированных в пять раз меньше теплопроводности меди и алюминия. С теплоемкостью связан расход топлива для нагрева заготовки до нужной температуры. Наибольшую теплоемкость имеет стать при температуре 800-1100°С. Значит чем выше теплоемкость металла тем больше расходуется топлива. Для кузнечных работ применяются ковкие и пластичные металлы и сплавы. Из черных металлов этими качествами обладают некоторые стали - сплав железа с углеродом. В зависимости от количества содержания углерода стали различаются как низкоуглеродистые (до 0 25% углерода) средние (0 25-0 6%) и высокоуглеродистые (0 6-2%). Увеличение содержания углерода увеличивает твердость стали но уменьшает ковкость и теплопроводность. По своему строению сталь представляет из себя тело образованное из кристаллических зерен связанных между собой силой межкристаллического сцепления. В сплав стали обязательными компонентами являются железо углерод кремний сера марганец фосфор. При содержании углерода до 0 1% сталь мягкая хорошо куется сваривается кузнечным способом не принимая закалки. Такую сталь в практике называют железом. Сталь которая отвечает всем требованиям художественной ковки содержит от 0 1 до 0 3% углерода и до 1% других примесей. Такая сталь называется поделочной.

Сталь средней твердости содержит углерода от 0 08 до 0 85%. Она хорошо куется при надлежащем нагреве хорошо закаливается но плохо сваривается.

При содержании углерода от 0 6 до 1 35% сталь считается высокоуглеродистой (инструментальной). Куется довольно трудно требует очень умелого проведения нагрева и самой ковки при определенных температурах.

Таблица 1
Температуры начала и конца ковки углеродистых сталей

Марка стали Т°С ковки Марка стали Т°С ковки
Начало Конец Начало Конец
Ст1 1300 900 У7, У8 1150 800
Ст2 1250 850 У9
Ст3 1200 850 У10, У12 1130 870

Чугун - это сталь содержащая до 2% углерода он хрупкий не поддающийся ковке сплав.

Другие примеси кроме углерода также влияют на качество металла. Так сера и фосфор - вредные примеси.

При содержании серы более 0 04% сталь становится красноломкой т.е. при нагреве до красного каления металл разрушается под ударами молота а фосфор (более 0 05%) делает сталь хрупкой в холодном состоянии. Никель повышает прочность стали а хром - твердость и износостойкость но зато теплопроводность стали снижается марганец уменьшает вредное влияние серы и увеличивает твердость прочность снижает теплопроводность. Кремний повышает прочность и упругость но снижает вязкость и свариваемость. Для маркировки легированных сталей применяемых в основном для изготовления кузнечного инструмента работающих при ударных и высокотемпературных режимах приняты специальные обозначения наиболее распространенных легирующих элементов: С - кремний Г - марганец Н - никель Т - титан X - хром Ю - алюминий А - пониженное содержание серы и фосфора. Например марка 18ХГТ - сталь содержит до 0 18% углерода до 1% хрома марганца титана. Инструментальные углеродистые стали содержат 0 6-1 3% углерода 0 15-0 6% марганца 0 15-0 35% кремния 0 03-0 35% серы и фосфора. Такие стали обозначают буквой У. Следующая за ней цифра обозначает процентное содержание углерода. Например сталь У9 - сталь инструментальная с содержанием углерода 0 9%.

В кузнечном деле используются и цветные металлы: медь алюминий магний титан и их сплавы: латуни (сплав меди с цинком) марок Л90 Л80 Л68 Л62 и др. (цифры обозначают содержание меди в процентах); оловянистые бронзы (сплав меди с оловом) - БрЦ4-3 (4% олова и 3% цинка) и др. Хорошей ковкостью отличаются алюминиевые сплавы.

Все металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение то есть состоят из отдельных прочно сросшихся друг с другом зерен между которыми располагаются в виде тонких прослоек неметаллические вкрапления различных оксидов карбидов и других соединений. Размеры зерна составляют 0 01-0 2 мм и оно тоже имеет кристаллическое строение.

Что же происходит в металле во время ударов молота?

При ковке деформация происходит вследствие скольжения зерен относительно друг друга потому что прочность зерен больше чем связь между ними. В результате ковки зерна металла вытягиваются в направлении течения металла и это ведет к образованию мелкозернистой структуры (рис. 29).

Рис. 29. Рекристаллизация стали: 1 - молот; 2 - наковальня; 3 - состояние кристаллов до ковки: 4 - кристаллы подвергающиеся ковке; 5 - кристаллы после ковки

Вместе с ними вытягиваются и неметаллические вкрапления которые придают металлу волокнистое строение. Это можно видеть невооруженным глазом. Прочностные качества металла зависят от температуры конца ковки: чем выше температуре металла в момент окончания деформации тем лучше механические свойства металла (зерно крупнее).

Изменения происходящие в сплавах при нагреве и охлаждении можно определить по диаграмме состояния (рис. 30) которая представляет собой графическое отображение фазового состава и структуры сплавов в условиях равновесия в зависимости от температуры и концентрации компонентов.

Рис. 30. Диаграмма "железо-углерод"

Эта диаграмма имеет важное значение для обоснованного выбора тепловых режимов всех видов горячей обработки стали. По оси ординат - температура сплава по оси абсцисс - содержание углерода. На диаграмме отмечены критические точки при температуре которых происходят структурные превращения. При рассмотрении диаграммы заметим что изменения в структуре происходят выше линии РS так как феррит переходит в аустенит а это значит улучшается ковкость пластичность металла. Между линиями GS и PS присутствую зерна феррита. Ниже линии РS аустенит переходит в феррит т.е. металл имеет высокую степень пластичности но небольшую твердость и прочность. Между линиями АЕ и GS располагается зона благоприятных температур и структуры металла для ковки.

При температуре нагрева 1500°С т.е. выше линии АС сталь пребывает в жидком состоянии.

Кузнец должен уметь выбрать сталь которая по своим качествам будет соответствовать задуманному изделию.

Завод поставщик прокатанную заготовку маркирует клеймом и окрашивает краской согласно установленному цвету для каждой марки стали. В табл. 2 приведены установленные цвета для сталей употребляемых для художественной ковки.

Таблица 2
Цвета для сталей употребляемых для художественной ковки

Марки стали Клеймо окраски Марки стали Клеймо окраски
Ст1 белый У7 синий+красный
Ст2 желтый У8 синий+желтый
Ст3 красный У9 синий +розовый
Ст4 черный У10 синий+черный
Ст5 зеленый У12 синий+зеленый
Ст6 синий

При расходовании стали в первую очередь отрубают неокрашенный конец конец с клеймом расходуется в последнюю очередь. Но часто кузнецу приходится иметь дело с уже побывавшем в обработке металлом или заготовки утеряли клеймо. Как определить марку стали? Оказывается есть способы определения марки металла в условиях своей мастерской.

Различные стали имеют характерные им искры. При касании образца с вращающимся наждачным камнем происходит искрение. В мастерской необходимо иметь набор образцов различных марок стали с клеймами который может служить эталоном при определении марки стали по искре. Этот способ дает возможность определить количество углерода в стали до 0 2% и есть ли в ней вольфрам и хром. Искры хорошо видны на черном фоне который рекомендуется подкладывать под пучок искр. Расположить образец относительно вращающегося диска при испытании надо так чтобы пучок искр был длиной примерно 30 см перпендикулярно линии зрения.

Глаза необходимо защитить очками.

Длина искры зависит от силы надавливания на вращающийся диск и стало быть добиться одинаковой длины искры можно определив степень и равномерность надавливания и ее сохранять во время испытаний. Неравномерное давление образца на круг может дать искаженный результат. При образовании искры следует внимательно наблюдать за длиной искры ее количеством окраской и характером звездочек (рис. 31).

Рис. 31. Определение стали по искре

1) Если содержание углерода около 0 12% то искра оставляет след прямой линии имеющей светлое и темно-красное утолщения. Пучок длинный и светлый.

2) Если содержание углерода 0 5% пучок короче также светлый но от первого утолщения начинают отделяться звездочки.

3) Инструментальная сталь с содержанием 1% углерода дает короткий и широкий веер красноватых искр а от первого утолщения отделяется сноп искр.

4) Характерным для марганцовых сталей является образование звездочек на концах первого утолщения. Вид пучка зависит от содержания углерода.

5) Хромистая сталь дает длинный веер искр иногда красноватый с разрывом и с отделяющимися звездочками - это очень характерно.

6) Вольфрамовая сталь дает прерывистую темно-красную искру со светлым утолщением на конце.

7) Хромвольфрамовая сталь средней твердости дает двойную искру: красную толстую и длинную и темно-красную тонкую и короткую.

8) Быстрорежущая сталь имеет такие же искры как у хромвольфрамовой стали но с разрывом.

В качестве дополнения данной темы прошу ознакомиться с табл. 3.

Таблица 3
Таблица определения марок сталей по искре

Марка стали Цвет искры Форма искры и звездочек
Ст2, Ст3 Светло-желтый Разветвлений искр мало, нити тонкие
Ст4 Разветвлений мало, нити гуще, чем у Ст2
Сталь 10 Разветвлений мало, нити острые, немного звездочек
Стали 15, 20 Разветвлений и звездочек больше, чем у стали 10
Стали 20, 30 Разветвлений и звездочек больше, чем у сталей 15, 20
У8, У10 Разветвлений и звездочек много, концы нитей тонкие
У12 Звездочки мелкие, густые
Стали 40, 45N Сильное разветвление, звездочки круглые, концы нитей острые

Известно что не всякая сталь закаливается. Это тоже способ определения марки стали. Необходимо нагреть кусок стали докрасна и быстро охладить в воде. Если это малоуглеродистая сталь она не закалится и легко поддается напильнику.

Таблица 4
Таблица температур нагрева стали и соответствующие цвета

Т°С Цвет каления Т°С Цвет каления
400 очень темно-красный 900 красный
500 темно-красный 950 ярко-красный
550 темно-вишневый 1000 лимонно-желтый
600 средне-вишневый 1100 светло-желтый
750 вишнево-красный 1200 желто-белый
800 светло-вишневый 1400 ярко-белый
850 светло-красный 1600 ослепительно бело-голубой

Инструменты и приспособления.

Инструменты которыми приходится пользоваться кузнецу делятся по своему назначению на опорные ударные зажимные подкладные захватывающие мерительные и вспомогательные.

Опорные инструменты: основные наковальни небольшие наковальни для мелких изделий и шпераки.

Подкладные инструменты.

Подкладной инструмент делится на три группы:
I. Инструмент который устанавливают под молот или ручник;
II. Инструмент устанавливаемый на наковальню;
III. Парный инструмент.

Рис. 35. Подкладные инструменты: 1 - раскатка; 2 - гладилка с цилиндрической поверхностью; 3 - гладилка с квадратной поверхностью; 4 - гладилка с односторонней прямоугольной поверхностью; 5 - гладилка с увеличенной поверхностью; 6- пробойник; 7 - фасонное зубило; 8 - зубило для продольной рубки; 9 - зубило для поперечной рубки; 10- конический прошивень; 11- цилиндрический прошивень; 12 - след рабочих поверхностей гладилок 3 4 5.

К подкладному инструменту относится массивная плита из стали размером 300x400 мм и высотой 150- 200 мм по четырем боковым граням которой имеются углубления разнообразной формы и высоты: полукруглые треугольные и т.д. Эта плита применяется при ковке различных фасонных элементов вместо подкладных штампов. На торцевых поверхностях этой плиты имеются сквозные круглые квадратные и фасонные отверстия различных размеров которые служат для пробивки разнообразных отверстий на изделиях. В больших кузницах где изготавливают садовые ограды балконные решетки и другие крупные изделия должна быть стальная или чугунная большая плита - правило - толщиной 50-200 мм и в плане 1 5x3 м с ровной гладкой поверхностью. Она устанавливается на специальных металлических козлах в центре кузницы. В этой плите должны быть сквозные отверстия для установки штырей болтов и других различных приспособлений для фасонной гибки профилей сборки конструкций и других технологических операций.

Весь подкладной инструмент I группы должен иметь рукоятки из дерева или толстой проволоки. Заметим что рукоятки подкладного инструмента забивают во всад головки и не расклинивают чтобы вибрация и удары через рукоятку не передавались на руку кузнеца. Проволочную рукоятку закручивают вокруг головки в горячем состоянии.

Зубило кузнечное - для рубки заготовок в горячем или холодном состоянии. Головка зубила состоит из трех частей: выпуклой поверхности по которой наносятся удары молотом; средней части с отверстием - всадом для установки рукоятки; ножа - основной части которая прорубает металл.

Страницы: 1 2 3 4