5.1. Ручная горячая кузнечная обработка
Ручной горячей кузнечной называется обработка металла, нагретого до температуры выше границы рекристаллизации (для стали – в пределах от 750 до 1350 °C), с целью придания ему определенной формы при помощи ручного молотка или молота. Температура, до которой нагревается материал, зависит от содержания углерода в стали. При низком содержании углерода необходима более высокая температура ковки. Ручная горячая пластическая обработка (кузнечная сварка) позволяет получить прочные неразъемные соединения деталей и более высокое качество стали.
К основному оборудованию для ручной горячей кузнечной обработки относятся: стационарный кузнечный горн, воздуходувка и вытяжка продуктов горения. В ремонтных мастерских применяется также полевой (передвижной) кузнечный горн.
Кузнечный горн состоит из следующих частей: горна вентиляционной установки, подающей воздух в горн, сопла, конуса, которым заканчивается сопло, вытяжного устройства и резервуара для воды.
Есть несколько видов воздуходувок, подающих воздух под давлением к горну.
Наиболее старым и простым по конструкции устройством является кузнечный мех, приводимый в движение ручным или механическим способом. К новым конструкциям воздуходувок относятся вентиляторы: крыльчатые, лопастные или турбинные. В полевом кузнечном горне чаще всего применяется кузнечный мех с ручным или ножным приводом.
Применяются два способа удаления продуктов горения: естественная и искусственная вытяжки. Естественная осуществляется с помощью вытяжной трубы, искусственная – специальным воздуховодом с вентилятором.
В кузнечном горне в качестве топлива используется кокс, антрацит, каменный или древесный уголь. Кокс может быть металлургический (твердый, светло-серебристого цвета, в кусках, пористый, не пачкает рук, теплотворная способность примерно равна 700 ккал/кг) и газовый (куски темного цвета, небольшого размера, мягкий, малопористый, пачкает руки, обладает более низкой теплотворной способностью).
К основным кузнечным операциям, выполняемым вручную, относятся: разрезание, гибка, высадка, формование, вытяжка, пробивание и горновая (кузнечная) сварка.
При нагревании стали в среде горящего кокса в кузнечном горне возможны (например, вследствие низкой квалификации или невнимательности работника) следующие нежелательные изменения механических свойств стали:
уменьшение ковкости вследствие насыщения серой (кокс содержит от 0,25 до 2,5 % серы);
обгорание (говорят, что сталь «горит»). Внешнее проявление обго-рания стали – появление при ковке снопа ослепительно белых искр, образующихся на поверхности нагреваемой стали. Обгоревший участок стали не пригоден ни для кузнечной сварки, ни для других видов обработки; его нужно отрезать;
окисление (атомы железа на поверхности материала соединяются с кислородом воздуха, появляется окись железа, которая отделяется от стали во время ее охлаждения в виде так называемой окалины);
поверхностное обезуглероживание – если в горне за счет сильного дутья появляется излишек кислорода;
науглероживание – если в горне из-за недостаточного дутья возникает недостаток кислорода.
В период окончательного нагревания в горне изделие посыпают сухим и сыпучим песком для предотвращения обгорания стали. При этом замедляется нагревание поверхности стали и в то же время ускоряется сквозное прогревание металла.
Время нагрева изделия зависит прежде всего от типа горна, а также от формы и величины изделия. При нагревании изделия в кузнечном горне следует постоянно следить за изделием, систематически его поворачивать, не допуская перегрева. В период нагревания до требуемой температуры изделие нужно несколько раз вынуть из горна на короткое время с целью выравнивания температуры и прогревания изделия насквозь, без пережога граней или поверхности.
