Термомеханическая обработка железа и стали

После предварительной обработки раскованное кричное железо-сырец поступало в кузницу. Главным технологическим приемом здесь служила горячая ковка. Кузнечную ковку можно производить только с металлом, находящимся в пластичном состоянии, поэтому железо подвергали нагреву в кузнечном горне. Важнейшим, ключевым моментом технологии был выбор температуры ковки: повышение или понижение температуры механической обработки металла от оптимального уровня отрицательно влияет на его строение и, следовательно, ухудшает качество. Контролем температурного режима служили цвета каления железа и стали. Поэтому в железных кузницах, в отличие от других металлургических цехов, специально создавали условия максимально возможного затемнения, чтобы лучше определять все оттенки цветовой гаммы горячего металла.

Следует различать цвета каления металла и цвета побежалости. Последние появляются при образовании тонких пленок в результате изменения поверхностного слоя металла. Например, при отпуске стали в окислительной среде на поверхности образуются пленки оксидов, толщина которых увеличивается с повышением температуры нагрева и продолжительности выдержки. Появление цветов побежалости связано с интерференцией белого цвета в этих пленках, вследствие чего погашаются лучи той или иной длины волны.

Кузнечная сварка применялась в случаях необходимости сочетания в оном изделии металла с различными свойствами: чаще всего – при изготовлении режущих поверхностей. При этом, как правило, применяли технологию наварки стального лезвия на железную основу. Между тем, сварить сталь с содержанием углерода 0,8 – 1,0% с низкоуглеродистым железом (менее 0,1% углерода) особенно трудно, потому что при нагреве металл окисляется, покрываясь окалиной, препятствующей сварке.

Окалину удаляли, применяя специальные флюсы, которыми посыпали места сварки. При соединении флюса с окалиной образуется слой жидкого шлака, который защищает свариваемую поверхность от дальнейшего окисления. В момент сварки шлак удаляли с поверхности изделия, встряхивая его или «выжимая» из шва ударами молота.

Цементация заключается в образовании на поверхности изделия слоя с повышенным содержанием карбида железа – цементита, существенно повышающего прочность сплава. Цементации подвергались режущие предметы, ее непременным условием являлся нагрев изделия до температуры около 1000°C.

Известны два древних способа цементации: первый заключался в длительной выдержке изделия в контакте с древесным углем. Второй способ основывался на контакте обрабатываемого изделия с органическим веществом. Например, по одному из древних рецептов мечи, ножи, наконечники копий или другие подобные им предметы смазывали свиным салом (иногда применяли смесь сала с роговыми стружками), обматывали ремешками, нарезанными из козлиной кожи, и обвязывали льняными нитками. Затем их покрывали слоем специальной глины, оставляя открытым только черенок. После этого изделия помещались в кузнечный горн, который раздувался до тех пор, пока кожа не сгорала. Извлеченные из горна предметы освобождали от глины, охлаждали в воде и высушивали над огнем.

Закалка и отпуск применялись для формирования такой структуры изделия, при которой лезвие его получалось твердым, основа – мягкой, а между ними существовала плавная переходная зона. Изделие нагревали до температуры 800 – 1000°C. Для быстрой закалки применяли воду, медленное охлаждение (мягкую закалку) проводили в растительном масле или животном жире. Температура отпуска (повторного нагрева изделия после закалки) могла составлять от 300 (низкий отпуск) до 600°C (высокий).

Высокий отпуск применялся к изделиям, подвергающимся ударным нагрузкам: топорам, наконечникам копий и стрел. Технология со средним отпуском применялась при изготовлении серпов, кос, ножниц, с низким отпуском – при изготовлении ножей.

Пайка была одной из наиболее сложных операций при работе с железными изделиями. Для пайки использовались оловянные или медные припои. Во втором случае температура пайки была более высокой, что придавало соединению большую прочность и твердость.

Предназначенные для пайки детали очищались в месте будущего соединения от грязи, жира и окалины. Между ними прокладывали медную проволоку или насыпали медные стружки. Весте с припоем помещался флюс, соединявшийся с образовавшийся в процессе нагрева окалиной в шлак. Детали скреплялись проволокой или вставлялись в специальные глиняные формы, после чего помещались в кузнечный горн для нагрева. При определенной температуре припой плавился, олово или медь диффундировали в нагретое железо. Чем меньше был зазор в собранных деталях, тем прочнее получался шов.

Обработка металла применялась для придания ему светлой и гладкой поверхности, она заключалась в снятии с поверхности изделия мелкой стружки и производилась точильными брусками и кругами. Вначале материалом для них служил естественный камень: песчаник, наждак или корунд. Однако по мере развития точильного дела для тонкого и мягкого шлифования стали изготовлять специальные точила из керамических материалов.

Полирование применялось для придания изделию блестящей поверхности. Чаще всего для этой операции использовались деревянные лощила, которые смазывались особыми составами, например, смесью сала с речным песком. При обработке дорогих изделий, главным образом оружия, поверхность металла полировалась до зеркального блеска.

Финдерит


Понравилась статья? Поделиться с друзьями: