Кузнец-любитель

В накаленном состоянии металл отделяется еще легче, а железные отрубки отскакивают иногда от одного или нескольких ударов молотка по зубилу.

Пробивание дыр. Дыры пробиваются в нагретом железе посредством пробойника, но это необходимо делать осторожно и наносить удары по пробойнику не очень сильно, особенно в мелких вещах, чтобы не могло произойти трещины в металле. Если возможно, то лучше всего такое пробивание делать в сквозных дырах с двух сторон, а сами дыры выправить оправкою.

Сварка металлов в кузнечном деле

Под именем сварки в кузнечном деле известна операция, посредством которой можно соединить два куска железа или стали так, что они образуют одно нераздельное целое, причем само место сварки остается малозаметным. Сваривание металлов представляет операцию, напоминающую склеивание деревянных частей между собою, и отличается от нее тем, что производится без посредствующего вещества (клея) плавлением металла и крепкою связью, получаемою простым соединением и проковкою этих расплавленных поверхностей. Другое различие сварки от склеивания заключается еще в том, что прочность сварки не зависит от формы соединения металлических частей, отчего эта форма не бывает так разнообразна, как склеивание дерева.

Главное условие хорошей сварки – прочность соединения, обусловливаемая единственно степенью совершенства сплавления соединяемых поверхностей, которые перед сваркою должны быть хорошо подготовлены, пригнаны и очищены от окалины.

При сварке металла могут встретиться те же три случая соединения, которые бывают при соединении дерева, а именно: сварка по длине, под углом и плашмя. Из них сварка по длине, соответствующая сращиванию и наращиванию дерева, наиболее употребительна в кузнечном деле; сварка под углом встречается реже, а соединение поверхностей металлов длинными кромками – только в исключительных случаях.

Сварка металлов

Для того чтобы сварить между собою две железные полосы, надо нагреть их в кузнечном горне до белосварочного жара, то есть до 1600 °C. Затем оба куска металла переносят на наковальню и поверхности, предназначенные к сварке, осаживают ударами кувалды и скашивают на нет. После всего этого концы нагревают вновь и в местах сварки посыпают поверхности так называемым сварочным песком, состоящим из сухой глины, мелкого песка, стекла или буры. Песок, расплавившись, покрывает нагретые части стекловидною массою, предохраняющею поверхности от окисления. Тогда усиливают дутье до плавильного жара, причем поверхности покроются как бы слизью. Куски вынимают, накладывают обе поверхности одна на другую и легкими, но частыми ударами ручника сваривают одну с другою. Если во время работы железо остынет, не сварившись, то необходимо повторить операцию, очистив концы и снова посыпав их сварочным песком. Но вообще следует избегать всякого рода повторения одной и той же работы и приучиться делать это с одного раза.

Сварка железа

Начинающему не мешает знать, что сварка железа, кроме аккуратности и быстроты действия, требует также, чтобы материал был хорошего достоинства и, во всяком случае, одинакового сложения и качества.

Если приходится сваривать толстые вещи или такие штуки, которые будут подвержены сотрясению, например экипажные оси, то сварку делают несколько иначе. Осадив оба конца, отковывают один из них клином, а в другом делает клиновое углубление; затем оба конца помещают в горн так, чтобы один конец лежал против другого. Когда оба конца накалятся до белокалильного жара, то, не вынимая из огня, соединяют их вместе, слегка ударив по сварке ручником. После всего этого их переносят на наковальню и место сварки проковывают со всех сторон.

Вещи после сварки необходимо дать остыть на вольном воздухе, а не охлаждать ее опусканием в воду, так как от слишком быстрого перехода из горячего состояния в холодное железо может сделаться хрупким.

Сварка под углом двух железных полос также не представляет никаких трудностей. Свариваемые поверхности сначала обделываются в прочное соединение и затем свариваются по только что описанному нами способу.

При сварке плашмя (соответствующей сплотке дерева) поверхности насекают или зазубривают и затем, нагрев каждую из них до сварочного жара, проковывают на наковальне.

Вообще прочность сварки зависит не столько от формы соединения отдельных частей, сколько от более или менее совершенного сплавления между собою свариваемых поверхностей и хороших качеств металла. Хорошо сделанная сварка не должна обнаруживать признаков шва, и после надлежащей отделки даже само место сварки не должно быть заметно.

Сварка стали

Прежде всего заметим, что не все сорта стали могут обрабатываться одинаково и выдерживать одну и ту же температуру каления. Так, сырую сталь можно нагреть до всякой температуры совершенно безопасно, и такая сталь хорошо сваривается. Между тем рафинированная сталь может быть нагрета много слабее и сваривается весьма трудно. Литую сталь не должно нагревать выше вишнево-красного каления, и она совершенно не способна свариваться. Первые два сорта стали могут быть доводимы до сварочного жара, и проковка их в этом состоянии только улучшает сложение металла, уплотняет его и уничтожает в массе стали пленки и трещины, если таковые имеются в ней. Но после первого нагрева сталь следует накаливать осторожно до краснокалильного жара и ковать ее, несколько остывшую, слабыми ударами ручника и кувалды.

Обращение со сталью требует большой опытности и навыка. Заметим, кстати, что для сварки стали вместо сварочного песка приготовляют особый порошок, состоящий из равных частей соли, селитры и буры или же из шести частей нашатыря и одной части буры.

Сварка железа со сталью

В практике часто приходится не только сваривать сталь со сталью, но также делать соединение железа со сталью, или как говорят, наваривать сталь на железо. При выделке режущих, скоблящих, рубящих и других инструментов для обработки металлов и дерева такой способ изготовления их весьма употребителен.

Сварить сталь с железом много труднее, чем сварить сталь со сталью, и не всякий кузнец может хорошо исполнить эту работу. Мы уже знаем, что обработка стали во многом разнится с обработкой железа, хотя общие приемы работы одни и те же. Но железо для сварки должно быть доведено до белокалильного жара, а сталь в большинстве случаев не может выдержать этой температуры. Понятно потому, что оба металла не могут быть нагреваемы одновременно в горне, так как в таком случае сталь может перегреться и потерять все свои хорошие качества.

Как поступить в этом случае, лучше всего объяснить на примере. Возьмем самый употребительный инструмент – плотничный топор, на лезвие которого требуется сделать стальную наварку.

Предположим, что топор уже откован и остается сделать стальную наварку. Для этого в месте сварки необходимо его сначала осадить до толщины 1,2–1,3 см. Затем по линии предполагаемой наварки надрубается тонким зубилом канавка, к которой пригоняется стальной брусок. После такой подготовки топор кладут лезвием к фурме, а сталь несколько дальше. Когда топор дойдет до калильного жара, сталь подвигают ближе к фурме и следят за тем, чтобы они одновременно дошли до вара, то есть оба покрылись бы ровною слизью. После этого, соединив обе части, переносят их на наковальню и проковывают вместе легкими ударами ручника.

При отковке двухфасочных инструментов, то есть таких, у которых режущее ребро спущено на обе стороны, наварка стали производится несколько иначе. Берут кусок плоского железа и, вытянув его до требуемой ширины инструмента и двойной длины, загибают вдвое. В образовавшийся таким образом промежуток между концами вставляют стальную пластинку, которую требуется приварить. Нагревание в горне, сварка и проварка на наковальне производятся так же, как и в предыдущем случае.

Сварка меди

Способностью свариваться, кроме железа и стали, обладает также красная медь. Сварочным порошком для нее служит фосфорнокислая соль. Нагревание медных поверхностей, предназначенных к сварке, производится до краснокалильного жара; их во время накаливания посыпают сварочным порошком, способствующим сварке и предохраняющим медь от окисления. В обращении с медью при накаливании и сварке необходимо принимать некоторые предосторожности, чтобы не испортить всю работу. Кроме возможности перегреть металл накаливанием выше температуры вишнево-красного цвета, особенное внимание должно быть обращено на чистоту самой работы по отношению предназначенным к варке поверхностям меди. При нагревании на угле надо остерегаться, чтобы частички угля не пристали к шлаку, образующемуся на сварочных поверхностях вследствие присыпки сварочного порошка. Такая примесь угля может разложить фосфорную соль окиси меди, которая перейдет в фосфорическую медь, покроет поверхность налетом серого цвета, и сварка делается невозможною.

При проковке меди на наковальне не следует также упускать из виду относительную мягкость этого металла в нагретом состоянии сравнительно с железом и сталью. Под ударами молота медь расплющивается, и потому из предосторожности лучше всего производить проковку меди деревянным молотком, сделанным из какого-либо твердого и нехрупкого дерева.

Закалка и отпуск стали

Закалка стали

Одно из главных и полезных в практическом отношении свойств стали – это возможность по произволу работающего придать этому металлу желаемую степень твердости. Эта искусственная твердость, приобретаемая сталью, называется закалкою стали. Чтобы закалить сталь, необходимо нагреть ее до известной температуры и затем быстро опустить в холодную воду или какую-либо другую жидкость.

Несмотря на видимую простоту работы, закалка стали требует большого внимания и осторожности, не говоря уже о том, что в разных случаях требуется разная степень закалки.

Чтобы хорошо закалить кусок стали или стальную пластинку, недостаточно нагреть ее до известной температуры и затем опустить в какую-либо быстро охлаждающую среду. Необходимо, чтобы это нагревание было произведено равномерно по всей стальной пластинке. Этого достигают тем, что во время нагревания часто поворачивают закаливаемую вещь в горне. Когда приходится нагревать для закалки инструмент, имеющий длинное и тонкое лезвие, то равномерного нагревания даже при частом поворачивании достигнуть все-таки трудно. Поэтому в таких случаях полезно при отковке этих инструментов делать лезвие несколько толще необходимого и после закалки довести его до требуемой толщины на точильном камне.

Иногда закаливаемые вещи бывают так малы, что в кузнечном горне они могли бы совершенно сгореть; тогда их можно накалить или на небольшой угольной жаровне, или же в пламени свечи, направляя это пламя посредством паяльной трубки.

Выбор охлаждающей среды является вопросом не последней важности или, по крайней мере, имеющим такое же первостепенное значение, как и сама закалка. В этой области технических знаний в старину существовала масса рецептов, предрассудков и секретов, только тормозивших самое дело и сбивавших с толку неопытных работников, пока вопрос этот не был выяснен научным путем. При этом, как и следовало ожидать, оказалось, что самые простые средства и приемы работ явились в то же время и самыми действительными и полезными.

Для получения вполне хорошей закалки наилучшей охлаждающей средой следует считать воду, кроме некоторых исключительных случаев, когда для охлаждения можно посоветовать употребление других жидкостей. Если закаливаемая вещь должна иметь большую твердость, то часто к воде прибавляют несколько капель азотной или серной кислоты, но такое средство, однако, следует считать рискованным. Более верною и вполне надежною охлаждающею средою является ртутная ванна, при погружении в которую накаленная сталь получает наибольшую твердость, не теряя своей вязкости. Такой способ закалки наиболее пригоден для резцов металлообделочных инструментов.

К весьма хорошим охлаждающим средствам следует причислить также жирные вещества: масло, сало и воск, а также смесь китового жира, сала и воска. Все эти вещества сообщают стали среднюю степень закалки, необходимую для инструментов, служащих для обработки дерева, например шильев, рубаночных железок, сверл, буравов и т. п. Слабый мыльный раствор при опускании в него накаленной стали дает едва заметную закалку, причем металл вполне сохраняет необходимую вязкость.

Отпуск стали

Различного рода инструменты требуют различной степени закалки, обусловливаемой назначением инструмента. Так, инструменты, употребляемые для обработки дерева, требуют более слабой степени закалки против металлообделочных инструментов; а так как угадать степень нагрева, необходимого в данном случае, весьма трудно, то обыкновенно изделиям дают высшую степень закалки и затем ослабляют, или, как принято говорить, отпускают, до желаемой степени твердости, вязкости и упругости. Таким образом, отпуск стали является необходимою дополнительною операциею закалки этого металла.

Отпуск стали принадлежит к числу легких и в то же время вполне точных манипуляций кузнечных работ в отличие от закалки стали, при которой единственным руководством служит опытность работающего.

Весь процесс отпуска стали основан на том, что закаленную вещь очищают на точиле (осветляют), подвергают новому накаливанию и затем дают медленно остыть. При этом вторичном нагревании после закалки на блестящей поверхности металла появляются так называемые побежалые цвета, соответствующие определенной температуре нагрева. Порядок следования этих побежалых цветов следующий: палевый при 221 °C; желтый – 228 °C; оранжевый – 235 °C; красный – 250 °C; фиолетовый – 280 °C; синий – 280 °C; голубой – 334 °C; снова палевый – 360–500 °C.

Что касается причины появления всех этих цветов в порядке строгой постепенности, то здесь происходит окисление поверхности металла, изменяющегося с изменением толщины слоя окиси. Сталь мало-помалу теряет полученную ею при закалке твердость, превращаясь в металл такой же мягкий, как железо.

Таким образом, при отпуске стали необходимо внимательно следить за появлением побежалых цветов и знать, при котором из них надо остановить нагревание, соответствующее определенной температуре и степени твердости отпуска инструмента. Чем большею твердостью должен обладать инструмент, тем слабее должен быть сделан отпуск. Так, плашки, винтовальные доски, метчики, резцы и другие инструменты для обработки металлов после закалки отпускают до желто-оранжево-красного цвета. Напротив, деревообделочные инструменты накаливают до красно-фиолетового цвета. Вообще, самый твердый отпуск сталь получает при накаливании до желто-оранжевого цвета, а самый мягкий достигается нагреванием до темно-синего цвета.

Первою заботою после закалки инструмента перед отпуском его должна быть очистка поверхности металла от слоя окиси или окалины, образовавшегося при погружении раскаленного металла в воду или какую-либо другую охлаждающую жидкость. Поверхность вещи должна быть безусловно чистою, а для этого ее шлифуют на точильном камне или на кружке, обтянутом кожею с наждачным порошком.

Для накаливания стали при отпуске чаще всего употребляют угольную жаровню, в которой горение древесного угля поддерживается при помощи раздувания ручным мехом. Само накаливание производится на железном противне, на который насыпают слой песка, и на него уже кладутся вещи, предназначенные для отпуска.

Такая песчаная баня способствует более равномерному нагреванию всей поверхности накаливаемой вещи, что трудно достигается непосредственным нагреванием на огне. Той же цели можно достигнуть накаливанием отпускаемой вещи на раскаленной железной полосе. В этом случае необходимая степень нагрева сообщается вещи чрез посредство накаленной докрасна полосы, и работающему представляется удобным следить за появлением побежалых цветов и прекратить накаливание, когда будет необходимо. Нагревание тонких и длинных инструментов необходимо производить особенно осторожно, наблюдая за тем, чтобы все части одновременно дошли до требуемой закалкою и отпуском температуры накаливания. Более тонкие части нагреваются быстрее толстых, отчего инструмент может повести; чтобы этого не случилось, нужно толстые части нагревать несколько ранее тонких, и когда первые будут доходить до требуемой температуры, нагреть и последние.

Во время нагревания всегда следует поворачивать вещь, чем достигается одновременное появление на поверхности побежалых цветов. Также во время нагревания нужно внимательно следить за появлением побежалых цветов, так как они следуют один за другим довольно скоро; пропустив же подобный момент, можно испортить вещь – сталь будет перегрета более, чем нужно. Когда на поверхности стальной вещи появится требуемый оттенок побежалого цвета, необходимо быстро снять вещь с огня и опустить ее в воду.

При накаливании инструментов для обработки как дерева, так и металлов нет никакой надобности закаливать и отпускать весь инструмент, а достаточно ограничиться работающей его частью; исключение из этого правила допускается только относительно очень тонких вещей, например столовых ножей и пил. Последние, доведенные до вишнево-красного каления, опускаются при закалке в летнюю воду[7 - Летняя вода – вода комнатной температуры.] с прибавкою масла, чтобы сталь охладилась медленно и не могло произойти перемены в металле, что весьма возможно при неаккуратном обращении с пилою. Заметим здесь, что пилы никогда не подвергаются вторичному нагреванию и отпуску, а должны быть доведены до требуемой крепости с одного раза, в противном случае во время работы такою пилою зубья ее легко могут выкрошиться. Центры для токарных станков, как требующие особенной твердости закалки, никогда не отпускаются.

Вообще все работы как по закалке стали, так и по отпуску ее необходимо производить особенно внимательно, так как всякая небрежность и недосмотр могут испортить все дело – стальная полоса может лопнуть, или ее поведет в сторону.

В практике закалку и отпуск стали весьма часто делают одновременно, то есть с одного нагрева, что значительно сокращает время работы. Инструмент накаливают для закалки обыкновенным порядком и опускают на несколько секунд в воду работающую его часть. При этом инструмент охладится только частью, так как не погруженная в воду часть сохранит в себе настолько жара, что его будет достаточно для сообщения всему инструменту требуемой температуры.

Такой способ закалки, однако, не может быть рекомендован как безусловно хороший и во всяком случае требует большой опытности, чтобы вторичное погружение в воду, для окончательной закалки, было сделано вовремя. Это угадать тем более трудно, что покрытая окалиною поверхность металла почти не обнаруживает побежалых цветов.