Кузнец-любитель (fb2)


Использовать online-читалку "Книгочей 0.2" (Не работает в Internet Explorer)


Настройки текста:


П. Фёдоров Кузнец-любитель

© ИП Сирота, 2016

© Оформление. ООО «Издательство «Э», 2016

Предисловие редактора современного издания

В старину кузнецам приписывали умение общаться с богами и духами, отгонять нечистую силу, приносить счастье. Древние греки и римляне особо почитали бога-кузнеца Гефеста (Вулкана). Считалось, что именно он выковывал для своего отца – Зевса – не знающие промаха молнии, а для всех прочих богов – оружие и украшения, равных которым не было на свете.

Сейчас производство большинства металлических вещей механизировано, а на заводах работают такие станки, которые показались бы чудом любому мастеру прошлого. Но почему же все больше и больше людей вновь начинают интересоваться всевозможными видами ручного труда, включая кузнечное ремесло? Возможно, потому, что только созданные своими руками вещи способны подарить нам великую радость – радость творчества. А ведь для создания многих предметов не обязательно применять сложные приборы – вполне достаточно инструментов, которые практически не изменились со времен древнего мира.

И сегодня нам показалось интересным предложить вам обратиться к книгам, изданным в начале XX века и рассказывающим об основах того или иного ремесла, в данном случае кузнечного. Авторы ставили перед собой задачу научить человека самостоятельно изготавливать необходимые в быту вещи так, чтобы ими можно было долго и успешно пользоваться. Здесь в доступной форме изложена необходимая для изучающего ремесло информация по материалам, инструментам и основным приемам работы.

Для удобства современного читателя старинные единицы мер – вершки, аршины и т. д. – переведены в привычные единицы метрической системы. Вы познакомитесь с кузнечными инструментами и приспособлениями, видами обработки различных металлов, основными методами кузнечной работы – ковкой, сваркой, закалкой. И конечно, автор предлагает читателю попрактиковаться и самостоятельно выковать разного вида болты, гайки и подкову. Освоить основы ремесла помогут многочисленные иллюстрации. Надеемся, что книга будет вашим ориентиром на этом сложном, но интересном пути и поможет стать настоящим мастером!

Предисловие

Сравнительно немного прошло времени со дня выхода в свет нашего «Кузнеца», а уже приходится печатать книгу шестым изданием. Конечно, подобный факт указывает на то, что в обществе ощущается интерес к кузнечному делу и что оно является одной из самых видных и важных отраслей нашего отечественного производства.

На самом деле, трудно найти вторую область, в которой бы чувствовалась такая насущная необходимость, какую мы видим в кузнечном деле. Без кузнеца не может обойтись не только ни одно какое бы то ни было металлургическое предприятие, но и самая незначительная деревушка. Кузнечные изделия необходимы в каждом уголке нашей повседневной жизни, и неудивительно поэтому, что общество нуждается в толковых книгах, посвященных кузнечному делу.

Ободренные лестным вниманием, оказанным читателями нашей книги, мы можем уже смело предложить шестое издание своего руководства к изучению кузнечного дела в надежде, что и оно будет встречено не меньшими симпатиями, тем более что выходит оно в свет в значительно дополненном виде.

Общие понятия

Материалы

Наиболее употребительные материалы в кузнечном деле: чугун, железо и сталь. Химически чистое железо никогда не употребляется в технике, а только в соединении с углеродом, смотря по большей или меньшей примеси которого оно носит название чугуна, железа и стали. Все эти виды железа различаются не только химическим составом, но и своими свойствами. Чугун содержит углерода 3–6 %, сталь от 0,5 до 2 %, а железо не более 0,5 %.

Железо редко встречается в природе в самородном состоянии, но большею частью в виде руд, представляющих окислы железа или сернистые, хлористые и другие соединения. Из этих руд выплавляют чугун, а последний перерабатывается на железо.

Железо твердое и гибко; оно обладает ковкостью, тягучестью, свойством расширяться или плющиться под молотом, не разрываясь. В холодном состоянии твердо и упруго, при нагревании до краснокалильного жара делается мягким и гибким. В изломе железо бывает волокнистое и зернистое. Зернистое железо должно иметь серовато-свинцовый цвет при блестящих зернах; тусклый же или белый цвет, в особенности если зерна крупные, свидетельствует о плохом качестве железа. При волокнистом изломе, напротив, белый цвет указывает на хорошее качество железа, а тусклый – на плохое качество.

По своим свойствам железо можно разделить на три сорта:

1) Мягко-вязкое, обладающее гибкостью и вязкостью как в холодном, так и в горячем состоянии; оно выносит сильное нагревание и обладает высокой степенью свариваемости.

2) Холодноломкое – в изломе крупнозернистое, белого цвета, с сильным блеском, чаще всего содержит небольшую примесь фосфора, делающего этот сорт железа ломким в холодном состоянии. При нагревании до краснокалильного жара оно хорошо куется.

3) Красноломкое с примесью серы. В холодном состоянии хорошо куется, а при нагревании до красного каления хрупко. На поверхности этого сорта железа бывают свищи и трещинки; сложение частью зернистое, частью волокнистое; излом темный, не блестящий.

Вообще безусловно хорошим железом можно признать то, которое одинаково хорошо куется как в холодном, так и в горячем состоянии, плющится в тонкие листы, не давая трещин, и вытягивается в тонкую проволоку. Испытание качества железа, кроме того, можно сделать так: с поверхности железа снимают зубилом стружку, и чем длиннее окажется эта стружка, тем добротнее считается железо; если же при такой пробе железо будет крошиться, то это считается признаком недоброкачественности.

Сорта железа. Независимо от формы, качество железа бывает различно, что зависит от способа фабрикации и руды, из которой оно было выработано; хорошее железо должно иметь однообразное строение, быть до известной степени тягучим и, не ломаясь, выдерживать при испытании известный груз.

В практике различают три главных сорта ковкого железа:

1) Лучший сорт. Мягкое, вязкое, гибкое и тягучее настолько, что даже в холодном состоянии гнется, не ломаясь. Поверхность ровная, излом занозистый, переходящий при тщательной проковке в волокнистый. Цвет светло-серый.

2) Красноломкое железо, названное так потому, что в нагретом состоянии легко ломается и при сильных ударах кувалдою даже крошится в куски, что происходит от значительного содержания примеси серы. Цвет железа темно-серый, в изломе – светло-серые зерна, перемешанные с волокнами. При сильном накаливании такое железо легко пережигается.

3) Холодноломкое железо по наружному виду весьма похоже на предыдущий сорт, но отличается от него крупными, блестящими пластинками в изломе. Этот сорт железа, в противоположность красноломкому, в нагретом состоянии гибок, в холодном ломок. Это качество железа происходит от примеси фосфора. Холодноломкое железо почти не ржавеет.

Хорошо прокованное железо плавится гораздо труднее чугуна, а именно при температуре 1600 °C, между тем как последний – при 1200 °C переходит в жидкое состояние и может быть вылит в форму. Содержание углерода в железе не превышает 0,2–0,6 %.

Крепость железа зависит не только от химического состава, но также и от тех отделочных операций, которым оно подвергается. Ковка и прокатка увеличивают крепость, между тем как закаливание и вообще продолжительное действие огня уменьшают эту крепость. Тягучесть хорошего железа довольно значительна: оно может сплющиться, не ломаясь, в тонкий лист и вытянуться, не разрываясь, в проволоку. В нагретом состоянии железо еще более увеличивает свою тягучесть.

Железо не изменяется в совершенно сухом воздухе и прокипяченной воде; но находясь в соприкосновении одновременно с водою и воздухом, окисляется и подвергается ржавчине. Полировка железа несколько предохраняет его от ржавчины, а окрашенное масляною краскою – и вовсе не подвергается ржавчине. При накаливании железа, смотря по температуре, оно принимает различные цвета, служащие характерным признаком достижения железом известной температуры накаливания. Так, при 525 °C железо делается красным или, как говорят, достигает красного каления; при 1300 °C – белого каления; при 1500–1600 °C – ярко-белого. При 1600–2000 °C железо плавится, но ранее этого приобретает консистенцию теста, причем отдельные куски его могут быть соединены между собою в однородную массу, или, как говорят, железо сваривается.

Сварка железа – одно из драгоценных его свойств в практическом отношении.

Полосовое железо. В поперечном сечении имеет вид прямоугольника. Этот сорт железа подразделяется на обыкновенное, или ординарное, шинное и обручное железо.

Брусковое железо, или гранное, имеет в поперечном сечении вид прямоугольника, шести– и восьмиугольника. Самые тонкие сорта брускового железа служат для выделки плотничных гвоздей и крючков; более толстые сорта идут для различных надобностей строительного дела.

Болтовое железо, или круглое, различных диаметров, употребляется преимущественно для круглых болтов, а также на железные связи[1], подверженные действию растягивающих сил.

Листовое железо подразделяется на два вида: обыкновенное, или кровельное, и котельное. Оба сорта железа изготовляются прокаткою из доброкачественного материала, в особенности котельное, которое должно быть мягкое, гладкое, ровно обрезанное, не иметь окалины и других пороков. К листовому железу принадлежит также жесть, или белое железо, покрытое с обеих сторон оловянною полудою[2].

Проволочное железо. Проволока вытягивается из лучшего железа волочением сквозь отверстия в стальной доске, сортируется по номерам и продается на вес. Толщина проволоки, вследствие малого диаметра, определяется по калибру и выражается номерами, увеличивающимися с уменьшением диаметра проволоки. Номера эти на различных фабриках вполне произвольны. От вытягивания в проволоку железо приобретает большую твердость, плотность и вязкость; чтобы сделать эту проволоку мягкой, ее необходимо отжечь в отражательной печи, или же, что еще лучше, поместить в чугун с плотно примазанной глиною крышкой и накалить в обыкновенном кузнечном горне.

Фасонное железо. Под этим названием известны несколько сортов железа, употребляемых для специальных целей в строительном деле. Так, известны: угловое, полукруглое, оконное, тавровое (в виде буквы «Т») и двутавровое (в виде перевернутой набок буквы «Н») железо.

Чугун по своим качествам подразделяется на много сортов, но в промышленности считаются только два главных сорта: белый и серый чугун. Белый чугун, иначе называемый зеркальным, отличается от серого беловатым цветом и большею твердостью, он хорошо полируется. Серый чугун темного серого цвета, мягок и вязок, а некоторые сорта его так же ковки, как и железо.

Ковкий чугун. Под этим названием известен в технике такой чугун, которой с помощью особой дополнительной металлургической операции приобретает свойства самого лучшего железа: мягкость, вязкость и ковкость. Главнейшие преимущества этого металла – сравнительная дешевизна его против торговой цены железа и легкость получения из него самых сложных форм, которые весьма трудно получить отковкою обыкновенного железа.

Распространению в промышленности ковкого чугуна много способствовала возможность мелкой закалки поверхности этого металла, причем сохранялась мягкость внутреннего ядра. Поверхности вещей, отлитых из закаленного чугуна, можно эмалировать, а также гальванопластическим путем покрыть другими металлами: цинком, никелем и т. п. В холодном состоянии ковкий чугун можно обрабатывать рубящими, режущими и другими слесарными инструментами, а при умеренном нагревании металл этот так же хорошо куется, как и железо.

Кроме ковкого чугуна в кузнечно-слесарном деле употребителен другой вид его, называемый сталью.

Сталь добывается из чугуна, так же как железо, различными способами и отличается от последнего только большим содержанием углерода, именно от 1 до 2 %. Хорошая сталь должна иметь светлый, серовато-белый цвет, приближающийся к серебристо-белому, и отличается плотным мелкозернистым сложением, хорошо принимающим полировку. Сталь мягче белого (зернистого) чугуна, но тверже железа; исключительным качеством стали является ее значительная упругость и гибкость. Крепость стали по крайней мере вдвое более крепости железа.

По своему составу сталь занимает середину между железом и чугуном. При известном нагреве сталь хорошо куется и обладает большою способностью свариваться. Твердость, вязкость и упругость стали, встречающиеся в различных сортах ее, в разнообразной степени обусловливают пригодность ее для изделий различного рода. Чем тверже сталь, тем она легче ломается, и на этом основано разделение стали и пригодность ее для разного рода изделий. Различают следующие сорта стали:

1) Твердая инструментальная сталь, служащая для приготовления напилков, резцов для обточки твердых металлов и т. п.

2) Пружинная сталь – для выделки пружин. Такая сталь должна обладать в значительной степени способностью изгибаться, не ломаясь.

3) Мягкая сталь – для выделки кос, ножей и прочего.

В продаже известно много сортов стали, из которых укажем на следующие:

1) Уклад, марянка, или сырая сталь, продаваемая в виде полос, получается обезуглероживанием чугуна, то есть отнятием от него части углерода. Сырая сталь составляет как бы переход от чугуна к железу и служит материалом для приготовления из нее сортов стали плохого качества; масса неоднородная, что видно по излому – крупнозернистому, неодинаковой величины и блеска.

2) Рафинированная сталь получается из сырой стали посредством сварки и проковки; в изломе мелкозерниста, цвета синевато-серого, с незначительным металлическим блеском; сложение массы хотя не вполне однородно, но значительно лучше, чем в сырой стали.

3) Литая сталь получается плавлением ковкого чугуна или сырой стали, отчего она и получила свое название. Литая сталь имеет в высшей степени однородное сложение, в изломе мелкозерниста, тверда и в то же время хорошо обрабатывается в нагретом состоянии. Эта сталь идет по преимуществу на изготовление лезвий дорогих и острых инструментов для обработки металлов и дерева.

Кроме главных описанных нами металлов, кузнецу приходится иногда иметь дело и с некоторыми другими, например с медью и сплавами ее с другими металлами.

Медь встречается в природе в самородном состоянии, но чаще в виде медных руд в соединении с серою, кислотами или в виде окислов. В древности металл этот играл такую же роль в жизни человека, какую в наш век играет железо. Из меди делалась большая часть тех вещей, на изготовление которых теперь идет железо: например, оружие, домашняя утварь, инструменты и т. д.

Мы не будем останавливаться на способах получения меди из руд, а перейдем прямо к ее свойствам и сортам, встречающимся в продаже.

Металлическая (красная) медь, находясь в сухом состоянии, при обыкновенной температуре, не окисляется; на влажном воздухе покрывается тонкою пленкою зеленого цвета, известного под именем медной ржавчины. В расплавленном состоянии медь плохо заполняет формы, так как в этом состоянии поглощает воздух и выделяет его при остывании, а следовательно, уменьшается в объеме. Для отливок медь, по большей части, идет в виде сплава с цинком (две части меди и одна цинка), называемого латунью или желтою медью.

Медь обладает значительною ковкостью и тягучестью. Из нее вытягивают тончайшую проволоку, и она может быть сплющена в тончайшие листы. Медь имеет мелкозернистое сложение, которое после проковки переходит в волокнистое. Удельный вес меди весьма непостоянен, колеблется между 8,5 и 8,96 и может быть увеличен механическою обработкою металла.

Красную и желтую медь можно нагреть в кузнечном горне так же, как железо и сталь, но при нагревании меди необходимо всегда обращать внимание на ее сорт. Желтая медь выдерживает высокую температуру нагрева хуже, чем красная. Вообще медь нагревают до темно-красного каления и перед обработкою опускают в воду, отчего она делается мягкою.

В торговлю медь поступает в вид плиток или же листами. Последние получаются или сплющиванием плиток под молотком, или прокаткою на вальцах. Продажная медь редко бывает свободна от посторонних примесей: серы, мышьяка, закиси меди и прочего. Примеси эти ослабляют ковкость и тягучесть меди, особенно закись меди, которая делает металл хрупким и ломким в холодном состоянии. Лучшими по чистоте считаются наша русская и шведская медь.

Между всеми металлическими сплавами наибольшим применением пользуются различные сплавы меди.

Латунь (зеленая или желтая медь) состоит обыкновенно из одной части красной меди и двух частей цинка. При увеличении пропорции цинка в этой смеси твердость сплава также увеличивается; так что при двух частях цинка на одну часть меди сплав делается настолько тверд и хрупок, как чистый цинк, почему идет на выделку полированных кругов. Наоборот, с увеличением в сплаве количества меди увеличиваются тягучесть и ковкость. Вообще все сплавы, в которых содержание цинка не превышает 40 %, отличаются еще достаточною ковкостью и тягучестью; они плющатся в листы и тянутся в тонкую проволоку. Наибольшею же тягучестью обладает сплав из 15–20 частей цинка на 80–85 частей меди.

В изделиях употребляются преимущественно лишь те сплавы меди с цинком, в которых содержание меди более, чем содержание цинка. Такие сплавы превосходят чистую медь в том отношении, что легче плавятся, менее изменяются на воздухе, легче куются, точатся и вытягиваются в проволоку, лучше заполняют все извилины форм при отливке различных изделий и, наконец, стоят дешевле чистой меди.

Томпак – также сплав меди с цинком, но с значительным преобладанием меди, именно от 82 до 98 частей меди на 2–18 частей цинка. Сплав этот дороже латуни; отличается от нее более красным цветом, большею мягкостью и тягучестью.

Бронза – сплав красной меди с оловом. Этот-то сплав и есть тот древнейший металл, из которого до открытия железа выделывались оружие, монеты и украшения древних. Пропорция содержания в смеси меди бывает весьма различна, соответственно чему изменяются и свойства получаемых сплавов. Вообще примесь к меди олова делает ее тверже, звонче, легкоплавче, но вместе с тем и хрупче. С изменением свойства сплава изменяется и цвет его. При содержании олова, не превышающем 25 %, бронза имеет еще красноватый цвет, сохраняет известную степень вязкости и тягучести; с переходом за этот предел цвет ее делается серо-стальной, тягучесть же мало-помалу заменяется хрупкостью. Примесь к бронзе цинка сообщает ей желтоватый цвет, который делается весьма красив при содержании в сплаве цинка в большем количестве против содержания олова.

На воздухе бронза окисляется быстрее чистой меди, покрываясь зеленым слоем окиси. Подобною зеленью покрыты, например, все античные статуи и другие бронзовые изделия, открываемые в земле. Поэтому для подражания античной бронзе придумали покрывать новые бронзовые изделия искусственным слоем зелени. Для этого бронзовые изделия погружают на несколько дней в крепкий раствор поваренной соли, после чего их обмывают водою и медленно сушат. Следствием этой обработки на поверхности предметов образуется слой зелени, держащийся весьма прочно. Или вместо соляного раствора берут сахарный, к которому примешивают небольшое количество щавелевой кислоты. Остальные приемы остаются те же. Слабый раствор аммиака также покрывает бронзовые поверхности зеленью, но зелень эта не отличается прочностью.

Бронза имеет то замечательное свойство, что от нагревания до темно-красного каления и затем от быстрого охлаждения она теряет свою хрупкость и становится ковка и тягуча. Для сообщения же такой размягченной (отпущенной) бронзе прежней ее твердости ее закаливают, но опять-таки противоположным путем, чем железо и сталь, а именно: нагревают и дают медленно остыть. Таким образом, отпуск и закалка бронзы совершаются прямо противоположными приемами по сравнению с отпуском и закалкою железа и стали.

Кузнецу чаще всего приходится иметь дело с железом и сталью и редко с медью и латунью. Чугун же в кузнечном деле вовсе не употребляется.

О кузнечном деле

Для того чтобы приготовить какую-либо вещь из железа или стали, надо прежде всего выбрать кусок материала, который по своему внешнему виду более или менее близко подходил бы к форме и размерам этой вещи. С этою целью иногда бывает достаточно отрубить кусок железа и затем обработать его в холодном состоянии подходящими инструментами – и вещь готова. В большинстве же случаев придание формы вещи ведет за собою более сложную подготовку, так как материал может по своей форме совершенно не подходить к требуемому внешнему виду, а обработка его в холодном состоянии тяжела и неудобна. Вообще железо и сталь обладают большою твердостью и нелегко обрабатываются рубящими и режущими инструментами, в особенности сталь. Но если последнюю нагреть докрасна, то она размягчается и может посредством ударов молота принять всевозможные формы, сохраняемые после остывания.

Операция сообщения металлу известной мягкости посредством накаливания и обработки его в этом состоянии называется ковкою, а ремесло, на ней основанное, – ковальным или кузнечным делом. В кузнице, впрочем, производится не одна только ковка, но также сварка (соединение) отдельных кусков металла между собою, закалка стали и другие операции, требующие нагрева, но не плавления, которое относится к литейному делу.

Ковкою металла имеют цель придать вещи только приблизительную форму и подходящие размеры, что же касается до отделки ее, то это относится к слесарной или токарной работе. Таким образом, кузнец, в большинстве случаев, только оболванивает вещь, облегчая непосредственно следующую затем работу слесаря или токаря. Но есть вещи и изделия, которые выходят из рук кузнеца в совершенно готовом виде: например, подковы для лошадей, гвозди, скобы, болты, петли, крюки и т. п.

Кузнечные горны

Ковать металлы можно только в нагретом состоянии, именно до той температуры, когда металл получит достаточную для обработки его молотком степень мягкости и способность изменять форму по произволу кузнеца.

Наши обыкновенные печи, даже при самом усиленном накаливании их, для этой цели не годятся, ибо не в состоянии развить требуемую высокую температуру, а потому употребляется специальная печь – кузнечный горн, в котором энергия горения поддерживается искусственно, посредством особых воздуходувных приборов – мехов и вентиляторов.

Для отковки металлов употребляются два рода горнов – постоянные и переносные. Те и другие служат для одной и той же цели, но различаются по своей конструкции. Постоянный горн складывается из кирпича на постоянном месте.

Что же касается переносных горнов, то они обыкновенно покупаются готовыми; их можно ставить в любом помещении, а также на открытом воздухе. Неудобство их заключается только в том, что в них нельзя нагреть крупную вещь, но для мелких отковок и других кузнечных работ слесарного производства переносный горн является вполне пригодным.

Постоянный горн. Кузницу с постоянным горном можно устроить в холодном помещении, иногда даже для нее отводят просто сарай с потолком и прочною крышею, стены которого собраны из пластин. Пол в кузнице выстилается плитами или же, в крайнем случае, делается из щебня, который должен быть плотно утрамбован.

Горн для экономии иногда срубают из дерева и только верхнюю часть складывают из кирпича, но такой способ постройки, однако, рекомендовать нельзя, так как дерево, усыхая и давая осадку, может ослабить кладку, а чрез образовавшиеся щели может проникнуть огонь и сделаться пожар. Удобнее и практичнее устраивать горн на бутовом фундаменте для того, чтобы горн стоял твердо и при осадке не дал трещин. Такой горн показан в поперечном разрезе на рис. 1. Он состоит из продолговатого очага А, выложенного на своде Б для уменьшения тяжести горна.


Рис. 1


Существенную часть горна составляет углубление В, называемое горновым гнездом. Здесь сосредоточивается горение угля и развивается высокая температура, необходимая для накаливания металла. Гнездо имеет продолговатую форму с полукруглым дном, понижающимся к задней стенке горна. Гнездо выкладывается из огнеупорного кирпича, так как простой кирпич, вследствие сильного жара, развиваемого в гнезде, скоро прогорает. В задней стенке горна вставлена чугунная плита Д (рис. 2), проходящая до дна ямы и предназначенная для предохранения этой стенки от прогорания. В плиту Д, фурменную, вставляется металлическая трубка, называемая фурмой и показанная на рис. 3.


Рис. 2, 3


Что касается верхней (горизонтальной) площадки горна, то она также покрывается чугунной плитой Е с соответствующим вырезом для гнезда.

Над горном укрепляется железный колпак К с отводною трубою для вытягивания газообразных продуктов горения топлива в дымовую трубу.

Позади горна устанавливается кузнечный мех М, называемый клинчатым; наружный вид такого меха отдельно изображен на рис. 4. Он служит для вдувания чрез фурму в гнездо воздуха для усиления горения топлива. Мех приводится в движение посредством рычага, один конец которого соединен с мехом, а на другом (у горна) привязана веревка с рукояткою так, что кузнец может раздувать огонь, не отходя от горна.


Рис. 4


Кузнечный мех представляет род гармоники, составленной из трех деревянных щитов: верхнего, нижнего и среднего, обитых (по кромкам) мягкою складчатою кожею. Кожа эта должна плотно прилегать краями к дереву для того, чтобы в местах скрепления не проникал вовнутрь мехов атмосферный воздух, так как иначе мех не будет действовать. Кожу прибивают к щитам небольшими гвоздями с широкими конусообразными шляпками, располагая их вплотную одна к другой. Для того же, чтобы в случае необходимости для починки меха можно было вынуть гвозди, не испортив кожи, надо их прибить по узкой кожаной полоске (ремешку, прошивке). Для меха идет юфтевый[3] товар, достаточно толстый и мягкий, без прорезов, пробоин и вообще каких-либо недостатков и пороков.

В продольном разрезе клинчатый мех изображен на рис. 5. К деревянной колодке А приделан наглухо щиток Г, тогда как другие щиты В и Д соединены с колодкою посредством шарниров и, следовательно, могут подниматься и опускаться. Щит В делит внутреннее пространство мехов, ограниченное кожею, на две полости, верхнюю О и нижнюю Н. Колодка А оканчивается железною трубкою или соплом Б, которое вставляется в фурменное отверстие стенки горна. В щитах Г и В имеются отверстия квадратного сечения с клапанами б и а, к дощечкам которых приделаны ремешки, позволяющие открываться и закрываться. Мех приводится в действие следующим образом: если ослабить рычаг i (рис. 1), а следовательно, и веревку Л (рис. 5), то груз М, прикрепленный к щиту Д, своею тяжестью потянет этот щит вниз, отчего нижняя полость мехов разрядится и внешний воздух войдет через клапан а в эту полость. Если затем посредством того же рычага i потянуть веревку Л кверху, то щит Д, приподнимаясь и постепенно уменьшая объем нижней полости, неминуемо погонит заключенный в ней воздух через клапан б в верхнюю полость. При новом опускании веревки груз М, давя на верхний щит, заставит сжиматься верхнюю полость, клапан б закроется, и сжатый воздух, не находя другого выхода, направится через сопло в горн.


Рис. 5


Таким образом, при каждом поднятии и опускании веревки происходит всасывание воздуха мехами и вытекание сжатого воздуха, то есть дутье. Такой мех называется мехом простого действия, так как дутье, производимое им, будет неравномерное, прерывистое. Для устранения этого недостатка иногда устраивают меха с тремя внутренними полостями, тогда средняя полость своим запасом воздуха уравнивает приток воздуха в горне.

Только что описанный нами постоянный горн имеет один очаг и называется одноогневым в отличие от горна с двумя очагами – двухогневого. Устройство последнего ничем не отличается от одноогневого, кроме только того, что делается два горновых гнезда, расположенных рядом (по длине очага), и два меха: один по одну сторону очага, другой – по другую.

Постоянные горны отличаются продолжительностью службы и требуют незначительного ежегодного ремонта. Но такие горны занимают много места и к тому же требуют особого помещения для кузницы. Все это, однако, вполне окупается удобством работы, когда нужна постоянная работа нескольких кузнецов, для отковки вещей более или менее значительных размеров, чего нельзя сделать при переносном горне.

Переносный горн. Такой горн (рис. 6) состоит из металлической круглой или овальной коробки с несколько возвышающимся задком, соединенным с переднею частью посредством заклепок. Коробка устанавливается на трех толстых железных подставках, привинченных внизу к общей основной металлической плите, служащей в то же время для помещения цилиндрического меха. Качательное движение меха производится посредством коленчатого рычага, вращающегося около неподвижного шкворня. Короткое колено этого рычага соединено железным прутом с нижней доской цилиндрического меха, так что вдувание воздуха происходит снизу вверх, для чего в верхней доске имеется отверстие с металлической трубочкой, пропущенной в коробку горна. В последней имеется горновое гнездо, в которое насыпается уголь, необходимый для горения во время действия горна.


Рис. 6


Кроме описанных нами двух родов кузнечных горнов, существует много других, как постоянных, так и переносных, различающихся как по внешнему виду, так и по устройству воздуходувных приборов. Так, клинчатый мех может быть заменен в постоянном горне цилиндрическим, и наоборот, переносный горн устраивается иногда с клинчатым мехом. Вместо меха устанавливают вентилятор, но все эти видоизменения не составляют существенной разницы и мало влияют на кузнечную работу.

Не в том дело, какой способ дутья будет избран, – посредством меха или вентилятора. Для успешного и правильного нагревания в горне металла необходимо, чтобы дутье было возможно ровное, не порывистое, что достигается равномерным и правильным движением рукоятки или педали, где таковая заменяет рукоять.

Мы уже сказали выше, что для усиления накаливания металла в горновом гнезде необходимо впускать туда непрерывную струю воздуха, для чего служат меха и вентиляторы. Трудно сказать, который из этих воздуходувных приборов лучше исполняет свое назначение. Устройство вентилятора несколько сложнее меха, зато первый не так скоро портится, как мех, который требует частой починки, особенно если он сделан не из доброкачественной кожи.

Вентиляторы чаще всего устраиваются в переносных горнах и приводятся в движение посредством небольшого маховика и педали. Что же касается постоянных горнов, то вентиляторы ставят только тогда, когда в мастерской имеется механический двигатель.

Горючий материал. Для разогревания металла в кузнечном горне обыкновенно употребляется каменный уголь, хотя для той же цели могут служит древесный уголь и кокс. Причина, почему каменный уголь является едва ли не единственным материалом в кузнечном деле, заключается в сравнительной дешевизне этого горючего материала против древесного угля и кокса. К сожалению, каменный уголь редко бывает чист и, кроме других примесей, часто содержит серу, которая вредно действует на обрабатываемый металл, делая его хрупким. Донецкий антрацит, как свободный от примеси серы, с выгодою может заменить обыкновенный каменный уголь в тех местностях России, где он доступен по цене.

Хороший каменный уголь должен быть тверд, совершенно черного цвета и, зажженный в горне, даже при умеренном дутье мехов должен обращаться в сплошную массу – спекаться. Это качество угля, то есть спекаемость, составляет одно из необходимых условий для развития при горении угля в горне высокой температуры, при которой производятся все кузнечные работы.

Кусок железа, который нужно разогреть, зарывают в уголь, температура горения которого должна быть достаточно высока для этой операции, чего можно достигнуть только сосредоточением жара в горновом гнезде. В этом гнезде горящая кучка угля в различных точках имеет различную температуру: самый сильный жар сосредоточивается в средине кучки и постепенно уменьшается к наружным и верхним слоям, охлаждаемым внешним холодным воздухом кузницы. Уголь, спекаясь, образует собою как бы предохранительную кору, которая окружает накаливаемый металл в виде непроницаемого для наружного воздуха свода, чем достигается возможность сосредоточения внутри гнезда сильного жара. Для увеличения плотности этой коры необходимо развить в горне очень высокую температуру, для чего поверхность горящего угля спрыскивают намоченной в воде шваброй с короткой ручкой.

Древесный уголь может быть рекомендован для кузнечных работ только в некоторых случаях, например для накаливания мелких вещей из стали при выделке инструментов. Древесный уголь не спекается и не содержит в себе никаких вредных для металла примесей; накаливание металла происходит в нем много медленнее, чем в каменном угле и коксе.

Не следует упускать из виду при суждении о качестве древесного угля и пригодности его для кузнечного дела, что он должен быть плотен и сравнительно тяжел.

Легкий уголь, выжженный из сосны и ели, не дает большого жара сравнительно с углями твердых пород дерева. По цене древесный уголь обходится много дороже каменного угля, хотя его идет несколько меньше, чем последнего.

Кокс, если он не содержит примесей серы и других вредных веществ, может дать большую экономию в топливе, так как сравнительно с каменным углем кокса расходуется в час приблизительно на 40 % менее.

Принадлежности горна. Во всякой кузнице с постоянным горном необходимо иметь несколько вещей, предназначенных для хранения угля и управления огнем. К числу таких принадлежностей относятся:

• Железный ящик, предназначенный для хранения в нем каменного угля, необходимого для засыпки в горн. Такие ящики ставят у стенки горна, чтобы уголь был под руками у кузнеца.

• Железное ведро. Вода, необходимая для кузнечных работ, должна быть всегда наготове. В маленьких кузницах держат воду в ведрах, а в больших – в особых чанах.

• Кочерга служит для размешивания угля и выгребания скопившейся в гнезде золы.

• Пика предназначена для протыкания спекшейся массы угля.

• Лопата употребляется для засыпки угля. Вместо лопаты можно делать засыпку железным совком с деревянною ручкою.

Инструменты и приспособления

В кузнечном мастерстве для отковки металлических вещей и других работ необходимо иметь несколько инструментов и принадлежностей, к краткому описанию которых мы теперь и перейдем.

Прежде всего надо заметить, что только весьма немногие кузнечные работы могут быть исполнены руками одного человека, так как здесь, кроме знания дела, требуется и мускульная сила, значительно большая, чем может располагать ею один человек. Кроме того, кузнецу пришлось бы одновременно следить за нагреванием металла, производить дутье и ковать более или менее тяжелыми орудиями. Вот почему в кузнечной мастерской на каждый очаг горна ставят кузнеца, как главного и ответственного руководителя и исполнителя работы, а в помощь ему назначается менее опытный, но обладающий достаточно развитою мускульною силою помощник или молотобоец.

Наковальня. Ковка различных вещей и вообще большая часть кузнечных работ производится на особой металлической подставке, называемой наковальней.

Простейший тип кузнечной наковальни показан на рис. 7.


Рис. 7


Она состоит из массивной подставки, верхняя поверхность которой называется лицом и делается ровной и гладкой. Наковальни бывают железные и чугунные. Железная наковальня выковывается из массивного куска железа, рабочая поверхность которого для большей крепости наваривается сталью. Такая наковальня хорошо противостоит ударам молотков и долго сохраняет гладкость лица и очертаний ограничивающих его ребер. Чугунная наковальня обходится много дешевле железной, но такая наковальня хрупка и ломка. Она также наваривается сталью, но срок ее службы от этого не увеличивается.

Наковальня устанавливается и укрепляется на толстом деревянном чурбане, который называется стулом. Этот стул зарывают в землю так, чтобы поверхность его возвышалась на 35 см над землей.

Если нет дубового бруса, то можно употребить березовый или сосновый, в верхний конец которого для большей прочности загоняют железный бугель[4].

Наковальню прикрепляют к стулу гвоздями после предварительной проверки правильности (горизонтальности) ее установки. Вес наковальни бывает различный, в зависимости от ее величины и рода предполагаемых работ. Для маленьких кузниц достаточна наковальня в 64–80 кг веса.

Форма наковальни также не всегда бывает одинакова. В России приняты однорогие наковальни, на которых удобно производить всякую кузнечную работу. Что же касается двурогой наковальни, то в кузнечном деле она малопригодна и употребляется только для изгибания колец, хотя ту же работу можно производить и на обыкновенной однорогой наковальне.

На рабочей поверхности наковальни должно быть два гнезда квадратного и круглого сечения, предназначенных для вставления хвостов[5] вспомогательных инструментов, употребляемых при ковке металлов.

При выборе наковальни для установки в кузнице необходимо сделать тщательный осмотр правильности и соразмерности ее частей. Рабочая поверхность заслуживает особенного внимания. Она должна быть совершенно ровная, гладкая, иметь достаточный слой наваренной стали и хорошо закалена. Твердость закалки испытывается напильником (слесарною пилою) по следу, оставляемому им на поверхности. Если след резок, то это служит признаком, что наковальня плохо закалена, то есть слишком мягка, и наоборот, едва заметные царапины доказывают хорошую закалку.

Кроме наковальни, в хорошо устроенных кузнечных мастерских всегда имеется гладкая чугунная доска, обыкновенно называемая правильною доскою. На этой доске выправляются те отковки, от которых требуется особая правильность формы. Правильная доска должна иметь хорошо закаленную полированную стальную поверхность.

Кузнечные инструменты бывают двух родов: обделывающие и вспомогательные. Назначение тех и других инструментов – придать отковываемой вещи требуемую форму.

Молотки. Наиболее важный и необходимый для кузнеца инструмент – молоток, который бывает двух родов – маленький, называемый ручником (рис. 8), и большой – кувалда (рис. 9). Оба эти молотка насаживаются на соответствующие им по величине и весу ручки березового или какого-либо другого твердого и вязкого дерева.


Рис. 8, 9


Ручником работает кузнец, держа его всегда в правой руке. Вес такого молотка бывает около 1,2 кг, а длина ручки 25–38 см.

Кувалда бывает 4–8 кг весом, при длине рукоятки в 50–64 см. Вследствие такого значительного веса, а также и для увеличения силы удара кувалдой работают двумя руками.

Кузнечные молотки, независимо от их величины и веса, имеют одинаковую форму. Нижняя широкая часть называется бойком и отделывается в виде восьмигранной призмы, верхняя же, суживающаяся в виде тупого клина, называется задком.

Небольшие вещи можно отковать одним ручником, но чаще всего работа ведется двумя молотками, то есть ручником и кувалдою одновременно. Такая совместная работа идет скорее и лучше, чем если бы ее производил кузнец один, без помощи молотобойца.

Работа кузнечными молотками – труд нелегкий и требует большого навыка для начинающего заниматься кузнечными работами.

Ударом ручника по какой-либо части отковываемой на наковальне вещи кузнец указывает молотобойцу как направление, так и силу удара. Молотобоец обязан безусловно подчиняться этим немым указаниям кузнеца и бить кувалдой именно в то место вслед за ударами ручника, пока кузнец слабым ударом ручника по наковальне не даст знать своему помощнику о том, что следует прекратить работу.

Необходимо, чтобы удары молотком производились правильно и, смотря по необходимости, с большею или меньшею силою. Слишком слабый удар замедляет работу, а сильный может испортить вещь в руках неопытного кузнеца. Не менее трудным делом при ковке является также умение пускать в ход задок молотка вместо бойка, которым чаще всего производится ковка. Удары задком молотка производятся, если необходимо в отковываемой вещи сделать какое-либо углубление, вдавливание, которое нельзя произвести бойком. Вообще то или другое положение, придаваемое молотку, зависит от рода работы, к которой необходимо примениться для каждого частного случая.

Вместо ручника кузнец иногда употребляет другие инструменты, исполняющие то или другое специальное назначение, для изменения формы поверхности отковываемой вещи. К такого рода посредствующим или вспомогательным инструментам принадлежат инструменты, носящие в кузнечном деле общее название подбоек. Они имеют верхнюю часть (задок) обделанной в виде восьмигранной призмы с слегка закругленною верхнею плоскостью, между тем как нижней части (подбойке) придают форму сообразно назначению инструмента.

Во время работы молотобоец ударяет по верхней части подбойки, тогда как нижняя часть обжимает предмет и тем самым придает ему ту или другую желаемую форму.

Плоская гладилка (рис. 10) служит для выравнивания плоских поверхностей после предварительной обработки их молотками. Нижней поверхности гладилки придают плоскую форму, достаточно просторную и гладко отполированную. На такую гладилку обыкновенно надевают ручку из скрученной толстой проволоки, как это видно на рисунке.


Рис. 10, 11


Полукруглая гладилка (рис. 11) отличается от плоской тем, что нижняя поверхность ее имеет выемку в виде полукруга, посредством которой можно выровнять круглый стержень.

Надавка (рис. 12 и 13) употребляется для выравнивания вогнутых поверхностей и полукруглых впадин, для чего нижняя поверхность этого инструмента имеет закругленную форму.


Рис. 12-16


Обжимка (рис. 14–16). Под этим названием известны в кузнечном деле металлические формы, состоящие из двух половинок, в которых проделаны углубления, соответствующие очертанию наружной поверхности вещи, которую хотят отковать. Нижняя часть обжимки вставляется в гнездо ручкой. Отковываемую вещь помещают в отверстие, образуемое обеими половинками обжимки, причем края их не сойдутся. Тогда молотобоец бьет по верхней наружной поверхности обжимки, пока края обеих половинок плотно не сойдутся одна к другой и вещь не примет требуемую форму.

Пробойник, или бородка (рис. 17, 18), служит для пробивания дыр в нагретом металле круглой и гранной формы сечения. Сообразно этому пробойнику дают коническую форму с очертаниями и гранями различного сечения. Пробойники во время работы надеваются на скрученную проволочную ручку, подобную той, какая показана на рис. 10.


Рис. 17, 18


Для пробивания дыр в металле надо иметь железную подкладку из толстой полосы, в которой имеется несколько отверстий различной величины и очертаний. Подкладку ставят на наковальню, а на нее – нагретую до температуры красного каления железную или стальную вещь, в которой хотят пробить дыру. Намеченное отверстие пробивают над соответствующей ему дырою подкладки.

Зубило (рис. 19) служит для разрубки железных полос на части. Верхняя часть зубила приспособлена для битья кувалдой, а нижняя вытянута в виде острого ребра, оканчивающегося лезвием, обделанным в виде клина. Чтобы ускорить работу, употребляют резак, который играет роль нижника с острым ребром. Резак вставляется своим хвостом в отверстие наковальни, а на острое ребро кладется перерубаемая железная полоса, и тогда по намеченной сверху линии ставят зубило, по которому бьют кувалдою.


Рис. 19


К числу вспомогательных инструментов следует отнести клещи, кронциркуль и аршин.

Клещи (рис. 20–26) служат для держания обделываемой вещи на наковальне, переноски, поворачивания и вообще во всех случаях, когда нельзя взять металл прямо руками. Форма губ клещей бывает весьма разнообразна и зависит от формы охватываемой ими вещи, а также и от способа удержания в известном направлении. На концы ручек во время работы надевается кольцо или крючок (рис. 27 и 28), чтобы вещь, охваченная клещами, держалась в них твердо. Клещи не снимаются с вещи все время работы, и только если они сильно накалятся, то, сняв и разжав клещи, надо их охладить, опустив в холодную воду.


Рис. 20-26


Рис. 27


Рис. 28


Кронциркуль (рис. 29) служит для измерения наружного диаметра обделываемых вещей.


Рис. 29


Метр употребляется в кузнечном деле железный, с делениями на сантиметры и миллиметры.

Керн представляет из себя небольшой стальной стерженек с оттянутым в виде конуса заостренным концом. Керн служит для наметки центров на металле.

Ручное зубило служит кузнецу для деления всякого рода необходимых отметок и зарубок.

Общие приемы ковки металлов

Горновое гнездо пред началом работы тщательно очищают от шлаков, изгари и золы. Все это можно сделать с помощью лопатки, кочережки и метлы. После всей этой предварительной подготовки и очистки горнового гнезда в него кладут немного щепок и зажигают их. Когда костер разгорится, насыпают уголь и приводят в действие мех, производят ровное, не очень сильное дутье. При этом сначала будет отделяться густой удушливый дым, а затем, мало-помалу, когда уголь разгорится и даст пламя, в горн можно заложить железо, которое желают нагреть. Металл необходимо зарыть в уголь возможно глубже и притом так, чтобы те части его, которые подлежат проковке, находились бы ближе к соплу. Затем поверх разгоревшейся кучи ярко горящего угля насыпают лопатою свежий уголь и, уплотнив его в виде конусообразной кучи, спрыскивают водою и продолжают усиленно дуть мехом.

После этой вторичной засыпки над углем, горящим в горновом гнезде, образуется непроницаемый для дыма и пламени свод, отчего ни пламени, ни дыма не будет видно; весь жар сосредоточится внутри кучи. Продолжая дутье, необходимо наблюдать, чтобы по мере сгорания угля и прорыва пламени сквозь непроницаемый свод, куча была бы выравниваема подсыпкою свежего угля и смачиванием его водою.

Нагревание металла. При накаливании металла в кузнечном горне весьма важно знать время нагрева, то есть необходимую продолжительность накаливания металла для дальнейшей его обработки на наковальне.

Недостаточно нагретое железо дурно обрабатывается, а перегрев металла портит его качества.

Опытный кузнец почти безошибочно знает время, когда железо или сталь накалились до необходимого нагрева. Менее опытный коваль и начинающий должны по необходимости вынуть металл и даже не один раз, прежде чем приступить к обработке его на наковальне.

Что же касается цветов нагрева, соответствующих известной температуре, то их различают несколько. Железо, зарытое в горне, очень скоро нагревается докрасна, принимая малозаметный при дневном свете темно-красный цвет, который затем переходит в ярко-красный. В этом состоянии железо хотя несколько размягчается, однако не может быть обрабатываемо на наковальне, почему необходимо продолжать накаливание далее – до белокалильного жара. В этом случае, если желают соединить вместе два отдельных куска железа, или, как говорят, произвести сварку металла, то накаливают до высшей степени нагрева – белосварочного жара. Отличительным признаком этого жара служит ослепительный блеск вынутого из горна железа, причем от ударов молотом с треском разлетаются искры во все стороны.

Железо в нагретом состоянии быстро окисляется, и потому для предохранения его от действия атмосферного воздуха во время дутья можно посыпать металл мелким песком, который, соединившись с окалиною, образует род шлака, предохраняющего железо от дальнейшего окисления. При проковке шлак легко отскакивает от ударов ручника и кувалды. Заметим здесь, что очищенная от окалины поверхность металла от влияния атмосферного воздуха вновь стремится окислиться и образовать окалину, которая по мере остывания металла труднее отстает от него. Вот почему необходимо, вынув металл из горна, торопиться с его проковкою: всякое промедление может только ухудшить свойство металла.

Во время работы кузнец должен стоять у наковальни так, чтобы ему одновременно видны были все действия его помощника-молотобойца при нагреве металла в горне. Как только он заметит по времени, что металл уже достаточно нагрет, то немедленно вынимает его из горна и держит щипцы на наковальне левою рукою, правою же ударяет по отковываемой вещи. При отковке малых предметов кузнец исполняет всю работу один и действует только ручником. Если же силы его не хватает, то удары по металлу наносит молотобоец. Но и тогда на обязанности кузнеца лежит направление ударов кувалдою. Кузнец сначала ударяет ручником, соразмеряя силу удара с тою силою, с какою должен бить молотобоец. Таким образом, сильный удар кузнеца ручником по поверхности отковываемой вещи служит знаком для молотобойца, что и он должен ударить с такою же силою кувалдою по этому месту, и наоборот, слабый удар ручника должен соответствовать такому же удару кувалды. Когда нужно прекратить работу, кузнец ударяет ручником по наковальне. В том случае, когда удары кувалды передаются обрабатываемой вещи посредством гладилки, то последнюю держит за рукоять и направляет кузнец. Удары молотобоец всегда делает равномерные и частые, и о прекращении работы кузнец дает знать отнятием гладилки и легким ударом ею по наковальне.

Необходимо, чтобы эти удары ручника и кувалды попадали именно в ту точку, которую наметит глаз кузнеца, иначе ковка будет неправильна. Сила удара должна сообразоваться с необходимостью, чтобы слишком сильным ударом не испортить вещи. Необходимо также привыкнуть твердо и безопасно для рук держать вещь на наковальне и поворачивать эту вещь по мере надобности, подставляя ту или другую ее часть под удары кувалды.

Несмотря на видимую простоту всех кузнечных работ для начинающего, на первых порах ковка металла является тяжелой работой вследствие непривычки бить молотом. Мы поэтому советуем всякому новичку не браться для первых опытов за отковку больших предметов; много лучше заняться обработкою на наковальне простых вещей незначительного веса, небольшой поверхности. Только выучившись хорошо владеть молотками, можно приняться за отковку фасонных вещей, требующих для исполнения их некоторого навыка и опытности.

Хотя кузнецу редко приходится иметь дело с медью, тем не менее необходимо сказать о ней несколько слов.

Красная медь легко куется, нагретая докрасна и несколько охлажденная опусканием в воду, но сварить между собою два куска меди много труднее, чем железо и сталь. Сварочным порошком для этого служат фосфорнокислые соли. Свариваемые медные поверхности нагревают докрасна, посыпают порошком, нагревают далее до вишневого цвета и проковывают на наковальне весьма слабыми ударами ручника или, что еще лучше, деревянным молотком.

Ковка латуни не так проста, как красной меди, – латунь жестка и хрупка. Ее необходимо сначала отжечь на умеренном огне, после чего дают ей охлаждаться. Перед обработкой необходимо латунь очистить от золы и песка грубым слесарным напильником. Проковку латуни производят в холодном состоянии ручником, причем удары должны быть не очень сильные, частые и ровные. Начинать надо со средины проковываемого листа или пластинки, постепенно удаляясь к краям равномерно во все стороны. Отковав одну сторону листа, поворачивают его на другую и производят работу тем же порядком.

При проковке латуни не литой, а полученной прокаткой в вальцах, ее не надо подвергать отжигу, так как она в холодном состоянии хорошо куется. Тем не менее слабое нагревание все же облегчает работу.

Надо заметить, что медь при проковке очень легко дает трещины от сильных и неравномерных ударов молотком, почему следует обращаться с этим металлом осторожно и, заметив трещину, прекратить удары по этому месту, иначе последняя, увеличившись, испортит вещь. Если трещина образовалась значительных размеров, то уничтожить ее можно только нагреванием меди до сварочного жара и проковкою ее в этом состоянии.

Изменение формы металла

Обработка металла, нагретого до известного жара, может иметь различные цели, которые сводятся к изменению формы обрабатываемого куска железа, сварке и наварке железа сталью, а также разрезке, пробиванию дыр и другим мелким манипуляциям. Начнем с изменения внешней формы.

Вытягивание металла. Работа эта принадлежит к простейшим манипуляциям кузнечного дела. Она имеет целью утоньшить толстый кусок железа – весь или только определенную его часть. Для этого разогретый кусок металла вынимают щипцами из горна, кладут на наковальню и бьют с силою ручником и кувалдою. От ударов частицы металла стремятся переместиться, а так как ни вверх, ни вниз они этого сделать не могут, то, значит, раздадутся в ширину и длину. Если хотят увеличить только длину куска железа, то после нескольких ударов молотком полосу переворачивают под прямым углом и снова бьют кувалдою. Повторяя поворачивание несколько раз, достигают увеличения длины без утолщения ширины. Не мешает заметить, что ковкою достигается значительная однородность внутреннего сложения металла и улучшаются его качества. Поэтому, если требуется придать отковываемому предмету известную форму, то всегда берут кусок железа несколько большей величины и вытягивают его проковкою в одну из сторон (обыкновенно по длине) и затем излишнюю против данного размера часть отрубают зубилом. Когда вытягивают металл только по длине, то такая операция называется протяжкою.

Мы уже говорили, что удары кувалдою не всегда производятся непосредственно по металлу; когда, например, нужно придать поверхности известное очертание, то на помощь кувалде употребляется гладилка, которая и передает металлу удары кувалды.

Ковать железо можно только при белом нагреве, и если во время ковки металл остынет до красного цвета, то необходимо его подогреть в горне до белокалильного жара. Однако такое подогревание не следует делать часто, так как от этого портится качество железа.

При вытяжке металла непосредственно ручником и кувалдою необходима известная сноровка, которая приобретается с опытом. Так, если нужно расплющить кусок металла, то есть увеличить его длину и ширину на счет толщины, то металл кладут на наковальню плашмя и удары ручником направляют также плашмя. Когда же хотят спустить только одну сторону на нет, как например, при оттяжке фасок[6] режущих инструментов, то кусок металла держат на наковальне наклонно и удары наносят так же наклонно. Иногда для этого кусок металла кладут наклонно на ребро наковальни, причем оттяжка идет успешнее, так как наковальня при каждом ударе ручника оказывает необходимое противодействие силе ударов.

Отковка заплечиков, или уступов, в железной полосе производится так: положим, что требуется сделать уступ только с одной стороны. Для этого накаленный конец железа кладут на наковальню той стороной вверх, на которой будет откован заплечик, сама же работа производится при с помощи подбойки.

Двухсторонний заплечик отковывается так же, как односторонний, с тою только разницею, что, оттянув одну сторону, полосу нагревают в горне, а затем оттягивают второй заплечик (рис. 30).

Сделать наклонный заплечик труднее, так как направление ударов надо производить несколько наклонно, что не всегда удается малоопытному кузнецу.

Оттяжки круглых и гранных стержней производятся c помощью соответствующих гладилок и обжимок.

Осаживание металла. Операция эта прямо противоположна вытягиванию и имеет целью увеличить ширину и толщину куска металла на счет его длины. Осадить металл можно, конечно, только в нагретом состоянии, размягчив его до белокалильного жара. Вещь кладут на наковальню так, чтобы направление осадки было перпендикулярно лицевой стороне наковальни (рис. 31). Удары не должны быть очень сильны, чтобы не образовалось трещин вдоль отковываемой вещи, в особенности если по этому направлению была произведена сварка металла.


Рис. 30


Рис. 31


Осадку железного стержня можно произвести без ручника, простыми ударами о наковальню, как показано на рис. 32. Если вещь нужно утолстить не на конце, а в каком-нибудь другом месте, то, нагрев ее в этом месте, опускают в воду близлежащие части и затем уже осаживают ударами кувалды или просто по наковальне (рис. 33).



Рис. 32


Рис. 33


Сгибание металла. Кузнецу часто приходится производить сгибание железных полос и стержней. Эта операция всегда производится в нагретом состоянии металла до степени размягчения, свойственного роду металла. В некоторых случаях согнуть железо можно и без нагревания, но это относится только к листовым сортам металла – кровельному и котельному железу.

Операция сгибания металла, как и вообще всякое изменение его формы, не составляет большого труда, если при этом будут соблюдены все условия, способствующие успеху этой работы. Одним из главных условий должна быть достаточная степень нагрева, другим – правильная постановка изгибаемого куска металла на наковальне, на которой эта операция производится (иногда при помощи различных вспомогательных приспособлений, например оправок и форм).

Хотя изгибание металла на наковальне может быть различного вида, тем не менее в кузнечном деле различают две главные формы этого изгибания: изгибание под углом и гнутие всякого рода кривых поверхностей – колец, крючков и т. п.

Изгибание под углом. Простейший случай такого изгибания представляет изгибание широкой железной полосы под прямым углом. Для этого полосу помещают в кузнечный горн и накаливают ее до степени размягчения железа, причем необходимо вести нагревание так, чтобы наибольшая степень накаливания была бы произведена в месте предполагаемого сгиба и чтобы сама операция могла быть исполнена с одного нагрева. Когда полоса железа достаточно размягчится, ее переносят на наковальню и кладут на лицо последней так, чтобы линия сгиба полосы совпадала бы с ребром наковальни, а свободный конец был бы свешен с нее (рис. 34). Чтобы придать полосе необходимую при этой операции устойчивость, стараются каким-нибудь приспособлением, например наложением тяжести, удержать ее от сдвигания. Затем по свешенному концу бьют молотком или кувалдою, пока не произойдет требуемый изгиб.


Рис. 34


При загибании толстых железных полос весьма редко удается придать изгибу правильную форму, то есть чтобы ребра образовали прямой угол и в месте сгиба не образовалось бы закругления, не говоря уже о том, что в месте сгиба толщина полосы может быть неодинакова с остальною толщиною полосы. Чтобы этого не могло случиться, лучше всего прежде изгибания сначала осадить полосу по линии сгиба и затем уже приступить к самому изгибанию. Что касается изгибания железа под острым или тупым углами, то для этого необходимы шаблоны, на которых и производится желаемый сгиб.

Гнутие колец. Изгибание всякого рода кривых поверхностей (крючков, колец и т. п.) обыкновенно производится на роговом отростке наковальни, если предметы имеют грубую форму (рис. 35). Более тщательная отделка, а также гнутие колец производятся или при помощи оправок, круглых и овальных стержней, или же посредством особых специальных приспособлений.


Рис. 35


Разрубка металла. Отрубить ненужный кусок металла не представляет никакого затруднения для кузнеца. Нетолстые полосы разрубают без подогревания железа ручным зубилом, для чего по намеченному месту делают надруб и затем, повернув полосу, делают такой же надруб с противоположной стороны. После этого, свесив кусок полосы, ударяют по ней молотком, отчего надрубленный конец отскочит; иногда для той же цели надрубку делают со всех четырех сторон, и тогда работа идет успешнее.

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] 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.

Закалка в пакетах

Под этим именем известна в кузнечном деле операция, посредством которой можно сообщить железным вещам сталевидную поверхность. Это делается в тех случаях, когда железная поверхность должна быть прочна и иметь гладкий, хорошо отполированный вид. Само собою разумеется, что такая сталевидность будет только местная, на наружной поверхности железной вещи, которая получает все свойства стали, не исключая способности в закале.

Насталивание железной вещи, или цементация, производится различными способами. Наиболее употребительный способ цементации состоит в том, что в ящик из листового железа кладут животные вещества: копыта, рога, кости и т. п. пересыпая их слоями порошка животного угля. Туда же помещают вещь, предназначенную для цементации. Когда все это сделано, ящик покрывают железною крышкою, связывают проволокою и замазывают щели глиною. Накаливание производят на очаге с железною решеткою, на которую ставят ящик. Температура накаливания должна быть равномерная и не очень высокая. Операция продолжается 3–4 часа, и в это время отделяется удушливый запах газов, почему необходимо их отвести в дымовую трубу. По окончании прокаливания ящик снимают с очага щипцами и, сняв крышку, быстро опрокидывают его со всем содержимым в чан с холодною водою.

Другой способ цементации, известный под именем американского, состоит в прокаливании железных вещей в древесном угле, смоченном водою и смесью поваренной соли, смолы и бурого железняка.

Оба этих способа цементации хотя и дают вполне удовлетворительные результаты, но работа эта идет медленно и кропотливо. Вот почему в кузницах очень часто прибегают к упрощенному способу цементации, состоящему в том, что поверхность железной вещи, накаленной до краснокалильного жара, натирают порошком синильного калия, после чего вновь прокаливают и погружают в холодную воду. Вместо синильного калия можно для той же цели употребить нашатырь.

Регенерация стали

Сталь при накаливания выше определенной для этого металла температуры весьма легко пережечь и сделать ее негодной к употреблению. Можно, однако, хотя не вполне, но частью, вернуть стали ее характерные свойства и сделать ее пригодною для выделки инструментов посредством нового накаливания и погружения в раствор аравийской камеди[8]. Раствор этого вещества, смотря по степени крепости, обладает способностью уменьшить излишнюю твердость стали или же, напротив, закалить мягкую сталь. В первом случае, то есть для смягчения слишком твердой стали, ее разогревают до температуры буро-вишнево-красного каления и погружают в раствор 2,4 кг камеди на ведро воды. Таким образом закаленная сталь отличается умеренною твердостью и может быть хорошо обрабатываема напильником. Этот же раствор камеди служит для возвращения пережженной стали мягкости и мелкозернистого сложения; при этом сталь нагревают до вишнево-красного цвета.

Для более твердой закалки стали употребляется раствор камеди, менее концентрированный – 400 г порошка на ведро воды. Сталь нагревают до вишнево-красного каления и, опустив в раствор камеди, оставляют в нем до полного охлаждения.

Примеры кузнечных работ

В заключение остановим внимание читателя на примерах простейших работ, которые могли бы служить для первых практических упражнений кузнеца-любителя.

Отковка болтов и гаек. К числу простейших работ, однако требующих известной точности и аккуратности, принадлежит отковка железных болтов и гаек. Необходимым пособием для отковки небольших болтов, заклепок и гвоздей служит гвоздильня. Она состоит из металлической стальной или железной со стальною наваркою доски с ручкой. Посредине доски, называемой формой, сделано углубление, или гнездо, соответствующее форме и очертанию болтов и заклепок, как это видно на рис. 36 и 37.


Рис. 36, 37


Для того чтобы отковать болт, форму кладут на наковальню так, чтобы гнездо формы пришлось над одним из отверстий наковальни, причем кузнец держит форму левою рукою за металлическую ручку, а правой, при помощи клещей, вкладывает в широкое отверстие формы раскаленный металлический стержень. Молотобоец бьет по стержню сверху (осаживает), отчего стержень, пройдя всю глубину гнезда формы, примет ее очертания.

Гайки. Форма гаек бывает различна; наиболее употребительны четырех-, шести– и восьмигранные гайки. Чтобы отковать четырехгранную гайку, берут железную полосу несколько толще требуемой высоты гайки и, отрубив от этой полосы кусок такой длины, какой угодно захватить клещами, помещают его в горн. Когда железо дойдет до краснокалильного жара, его вынимают и переносят на наковальню, стараясь с одного нагрева придать ему проковкою требуемую толщину ширину. После этого круглым бородком пробивают дырку сначала с одной стороны, а затем с другой. Диаметр этого отверстия делается несколько меньше диаметра болта, на который гайка будет надета после нарезки винтового хода. После этого гайку надрубают кузнечным зубилом на ребре наковальни, как изображено на рис. 38.


Рис. 38


Такую надрубку надо сделать только с одной стороны, немного не доходя до другой, чтобы гайка только свесилась, но не отделилась от полосы. Затем берут соответствующий диаметру отверстия гайки стерженек (оправку) и, продев его в это отверстие, отламывают гайку и выправляют ее на наковальне ручником.

Отделку граней производят так: сначала выглаживают боковые грани, поворачивая гайку на 90°, а затем, сняв гайку с оправки и ударяя о лицо наковальни, выглаживают верхнюю и нижнюю грани ручником или гладилкой.

Чтобы отковать шестигранную гайку, ход работы остается тот же, только при отделке граней гайку поворачивают на угол в 60°, отчего вместо четырех граней получится шесть. Так же точно при отделке восьмигранной гайки поворачивают ее на угол 45°.

При отделке гаек необходимо поворачивать их непременно на требуемый угол и правильно наносить удары ручником на одну из граней, а не на ребра, иначе гайка получит неправильную форму.

Гайка, откованная по способу только что описанному, называется пробивной. Она имеет тот недостаток, что при нарезке резьбы или впоследствии, когда гайка будет навинчена на болт, она может дать трещину, а иногда, при дурном качестве железа, и вовсе лопнуть.

Несравненно большею прочностью отличаются гайки, называемые заварными. Для выделки такой гайки вытягивают полоску железа шириною и толщиною соответственно размерам гайки, длина же берется в три раза больше диаметра отверстия, которое должна иметь гайка. Полоска эта, нагретая в горне, загибается на роге наковальни в виде кольца, которое затем надевается на оправку, и края его сводятся один с другим в накладку. После этого кольцо нагревают до сварочного жара и, вынув его из горна оправкою, сваривают и проковывают по общим правилам.

Болты. Сделав гайку, можно приступить к отковке болта, который состоит из цилиндрического стержня со шляпкою или головкою на одном из его концов. Головки эти бывают двух родов: самородные и приварные. Первая головка отковывается из цельного куска болтового стержня, вторая же приваривается к одному из его концов.

Приварную головку изготовляют так: отковав две гайки одинаковой величины с пробитыми отверстиями или же самородные, дают им остыть. Затем берут железный стержень и один конец его немного утолщают, затем на горячий его конец загоняют одну из гаек и снова накаливают в горне до сварочного жара. Приварив головку, придают ей ту или другую форму по тем же правилам, как это было объяснено относительно отковки гаек. В прочности такая головка значительно уступает самородной тем, что при дурной сварке и частых сотрясениях, которым может подвергнуться болт, при скреплении им какого-либо механического станка, приварная головка может отскочить, между тем как при употреблении болтов с самородными головками этого не бывает.

Когда головка приварена, приступают к отделке стержня болта. Для этого болт захватывают клещами за головку, закладывают стержень в горн и нагревают до краснокалильного жара. После этого, вынув нагретый стержень из огня, проковывают его по всей длине на наковальне при помощи гладилки и нижника. Особенное внимание при этом должно быть обращено на правильную обжимку той части болта, которая соприкасается с гранью головки. Эта грань должна образовать вполне правильный угол, иначе головка примет относительно болта косое направление.

Во время работы надо возможно чаще проверять диаметр болта, причем не следует забывать, что нагретый металл при остывании уменьшается в объеме, а потому при обмеривании ножки кронциркуля не должны проходить свободно. Когда болт совершенно готов, длину его обмеряют, излишек отрубают зубилом и конец выправляют ручником.

Изготовление болта с коническою потайною головкою. Отрубив кусок болтового железа длиною несколько более предполагаемой длины готового болта, накаливают конец его в горновом гнезде и затем осаживают настолько, чтобы из полученного утолщения этого конца могла образоваться головка болта. Тогда стержень нагревают до белокалильного жара и, захватив его клещами за грушевидное утолщение, быстро опускают конец болта в наложенную на наковальню гвоздильную форму, как показано на рис. 39. Затем часто ударяют ручником и кувалдою по утолщению; последнее, раздавшись, заполнит все пустоты гнезда гвоздильни. Когда эта работа окончена, поднимают гвоздильню за рукоятку и, ударив хвостом болта о наковальню, вынимают болт и подвергают его окончательной отделке.

Что касается четырех-, шести– и восьмигранных головок болта, то такие головки нельзя сделать с одного раза. Утолстив конец болта, пропускают его в форму так, чтобы утолщенный конец этот пришелся поверх формы. Здесь головка подвергается предварительной отковке (рис. 40) и окончательно отделывается, как было объяснено относительно гайки, надетой на оправку. Болтам с полушарообразными самородными головками придают форму при помощи соответствующего обжима.


Рис. 39


Рис. 40


Барашковая гайка употребляется для ручного завинчивания без помощи слесарного ключа, для чего барашек в своей верхней части имеет два ушка. Для отковки такой гайки берут железный прут диаметром не менее диаметра предполагаемой гайки. Один конец этого прута отгибают для образования крыльев или ушек гайки; промежутки же между последними вырубаются зубилом. Затем отрубают по мерке с небольшим запасом длину прута для отковки собственно гайки и полученный отрубок помещают в горн, нагревают и приступают к ковке.

Вороток имеет много различных применений в практике. Для отковки его берут длинный круглый стержень, откованный из доброкачественного железа, отмерив требуемую длину с прибавкой 12–16 см против размера воротка, помещают последний в горн так, чтобы средина его была зарыта в уголь, а концы находились вне кучи горящего угля. Нагреть надо только середину стержня до белокалильного жара, а затем вынимают его из горна, захватив клещами за нагретое место, и быстро опускают в чан с холодною водою оба конца железного стержня, из которых должны быть откованы ручки. Затем стержень, как показано на рис. 41, осаживают посредине, при помощи плоской гладилки телу воротка придают надлежащую форму и пробивают четырех– или шестигранное отверстие. Дальнейшая отделка воротка производится в тисках.


Рис. 41


Подковы. Изготовление подков составляет одно из главных занятий большинства небольших кузниц. Отковка подковы весьма несложна и легко может быть исполнена ручным способом, хотя массовая заготовка их производится при помощи механических штамповальных станков. Здесь мы остановим внимание читателей только на ручной выделке подков, что необходимо знать всякому кузнецу.

Подковоковальное дело состоит не только в изготовлении самой подковы, но также и в умении укрепить эту подкову к копыту лошади так, чтобы подкова держалась крепко и в то же время не могла испортить ноги лошади. Последнее условие особенно важно и не должно быть упускаемо из виду, чтобы неумелым обхождением с ногою лошади во время ковки не нажить беды.

Подкова, как и обувь человека, должна быть пригнана по ноге и правильно облегать копыто лошади; гвозди или винты укрепляются в самом копыте так, чтобы они ни в коем случае не могли задеть мягких частей и тем произвести рану в ноге, весьма часто обнаруживаемую не сразу, а спустя несколько дней хромотою и гноем. Тогда ноги лошади необходимо прежде всего расковать и, промыв ранку, приняться за ее лечение, благоразумно воспользовавшись советом ветеринарного врача.

Что касается выделки самой подковы, то для этого необходимо брать железо хорошего качества, волокнистого сложения, нехрупкое, без плен[9], раковин[10] и вообще таких недостатков, которые делают железо ломким. Подкова должна быть легкою и прочною, изнашиваться от времени и, не ломаясь, выдерживать удары о камень во время бега лошади; ковать подкову из плохого железа – бесполезная трата времени и материала.

Для выделки подковы берется кусок полосового железа соответствующей длины и, нагрев его до вишнево-красного цвета, придают ему форму подковы проковкою на наковальне и загибанием на роговом ее отростке. Вслед за сим пробивают дыры для гвоздей и одну для переднего шипа подковы; свободные концы загибаются кверху и образуют задние шипы, тогда как передний шип приваривается вставлением в переднее отверстие подковы.

Вся работа подковы редко может быть сделана сразу, но чаще всего накаливанием железа два или три раза. Что касается размера подков, то в этом отношении надо сообразоваться с величиною копыт лошади; штампованные подковы приготовляют несколько номеров, более или менее подходящих к размерам копыт.

Глоссарий

Аравийская камедь (гуммиарабик) – твердая прозрачная масса, выделяемая различными видами акаций.

Бугель – железное кольцо, надеваемое на верхний конец всякой сваи, вбиваемой в землю, для предохранения этого конца от растрескивания.

Бура – тетраборат натрия, распространенное соединение бора, применяется при пайке и плавке.

Бурый железняк – железная руда.

Железки – резцы столярных инструментов.

Животный уголь (костяной уголь) – остаток после обугливания костей без доступа воздуха, обладает способностью извлекать из растворов многие органические и минеральные вещества.

Летняя вода – вода комнатной температуры.

Плена – дефект в металле в виде трещины.

Полуда – слой олова, покрывающий внутреннюю поверхность металлической посуды.

Раковина – дефект в металле в виде полости.

Синильный калий – цианид калия, или цианистый калий, калиевая соль синильной кислоты. Применяется для создания гальванических покрытий или для извлечения благородных металлов из руд.

Фаска – грань, срез, сторона.

Хвост – свободная часть кузнечного инструмента.

Юфтевый – сделанный из юфти, особым образом выделанной толстой прочной мягкой кожи.

Примечания

1

Связи – элементы каркаса сооружения, обеспечивающие его пространственную жесткость, а также устойчивость несущих конструкций.

(обратно)

2

Полуда – слой олова, покрывающий внутреннюю поверхность металлической посуды.

(обратно)

3

Юфтевый – сделанный из юфти, особым образом выделанной толстой прочной мягкой кожи.

(обратно)

4

Бугелем называют железное кольцо, надеваемое на верхний конец всякой сваи, вбиваемой в землю, для предохранения этого конца от растрескивания.

(обратно)

5

Хвост – свободная часть кузнечного инструмента.

(обратно)

6

Фаска – грань, срез; сторона.

(обратно)

7

Летняя вода – вода комнатной температуры.

(обратно)

8

Аравийская камедь, или гуммиарабик, – твердая прозрачная масса, выделяемая различными видами акаций.

(обратно)

9

Плена – дефект в металле в виде трещины.

(обратно)

10

Раковина – дефект в металле в виде полости.

(обратно)

Оглавление

  • Предисловие редактора современного издания
  • Предисловие
  • Общие понятия
  •   Материалы
  •   О кузнечном деле
  • Кузнечные горны
  • Инструменты и приспособления
  • Общие приемы ковки металлов
  •   Изменение формы металла
  • Сварка металлов в кузнечном деле
  •   Сварка металлов
  •   Сварка железа
  •   Сварка стали
  •   Сварка железа со сталью
  •   Сварка меди
  • Закалка и отпуск стали
  •   Закалка стали
  •   Отпуск стали
  •   Закалка в пакетах
  •   Регенерация стали
  • Примеры кузнечных работ
  • Глоссарий