Художня ковка – використовуються метали для виготовлення кованих виробів.
1) Залізо – блискучий сріблясто-сірий метал. Щільність заліза – 7,874 г / куб, см (при 20 ° С). Температура плавлення – 1539 ° С, температура кипіння – близько 3200 ° С. Широка поширеність заліза поєднується з цінними фізичними і механічними свойствамі.Во-перше, залізо пластично і легко піддається механічній обробці: різання, кування, штампування, прокатці і т.п.
По-друге, воно має сильний магнетизм. При нагріванні до 769 ° С (так званої “точки Кюрі”) залізо втрачає магнітні властивості й залишається немагнітних при всіх подальших перетвореннях.
По-третє, зміна температурного режиму обробки заліза приводить до перебудови його кристалічної структури, що супроводжується зміною фізичних характеристик металу.
В умовах високої вологості залізо легко окислюється і покривається іржею. Одним з найбільш ефективних методів захисту заліза від корозії є вороніння – термічна обробка при температурі вище 600 ° С, в результаті якої метал покривається тонкою окісної плівкою.
Залізо, що містить мінімальну кількість домішок, має високу корозійної стійкістю, порівнянної з стійкістю благородних металів. Однак отримання чистого заліза утруднене й коштує дуже дорого. Тому в практичній діяльності людини використовуються всілякі залізні сплави, серед яких особливе місце займають залізо-вуглецеві метали: сталь, чавун і феросплави. Додавання вуглецю змінює властивості заліза, як би робить його іншим металом з іншими фізичними властивостями, більш придатними для практичних цілей. Саме сталеві або чавунні вироби прийнято називати “залізними”.
2) Чавун
Чавун являє собою сплав заліза з вуглецем (звичайно близько 4%). Крім згаданих елементів, чавун містить домішки кремнію, марганцю, фосфору, сірки та ін
Для виготовлення кованих виробів із чавуну використовують тільки метод лиття, так як з-за високого вмісту вуглецю чавун не піддається ні куванню, ні зварюванні.
3) Сталь
Сталь – це сплав заліза з вуглецем відсоток якого не перевищує 2%. На відміну від чавуну, сталь легко піддається пластичній деформації, особливо при високих температурах. Саме дана властивість сталі зробило її самим популярним металом для кування.
Фізичні, а значить, і технологічні властивості стали в першу чергу залежать від процентного вмісту утворюючих її елементів: вуглецю і додаткових домішок, неминучих у процесі виробництва. Стосовно до вуглецю, загальне правило таке: з підвищенням відсотка вмісту вуглецю підвищується пружність сплаву, але зменшується його ковкість.
4) Вуглецева сталь
Сталь, що містить до 1,7% вуглецю, називається вуглецевої.
Для ручного кування найбільше підходить виробні сталь з низьким вмістом вуглецю (від 0,1 до 0,3%) і-легуючих добавок (до 1%). Це м’який і пластичний метал, який легко кується, добре зварюється, без праці ріжеться й піддається хімічній обробці. Згідно ДСТУ 380-71 виробні сталь має марки від 0 до 6. У спеціальній літературі виробні сталі позначають буквами “Ст”.
Найчастіше для кованих виробів використовують маловуглецевої сталі марок СТО, СТ1, Ст2 і СтЗ, які добре гнуться, прекрасно піддаються зварюванню і не гартується. Така сталь містить до 0,23% вуглецю. Зі сталі СТО виготовляють будівельну арматуру, огорожі та інші конструкції малої міцності. Сталь СТ1 і Ст2 використовують для створення зварних конструкцій, фланців, болтів. Сталь СтЗ йде на виготовлення залізничних милиць, цвяхів, болтів, гайок та інших металовиробів.
Середньовуглецевих (конструкційна), сталь містить до 0,85% вуглецю. Таку сталь відрізняє хороша ковкість і закаліваемость, але вона погано піддається зварюванню. У промислових умовах з неї виготовляють переважна більшість металевих виробів.
Для виробництва інструментів і частин механізмів, що піддаються значному зносу, використовують високовуглецевої, або інструментальну, сталь, що містить від 0,6 до 1,35% вуглецю. Така сталь не піддається куванні і зварюванні.
Крім вуглецевої сталі, інструменти виготовляють зі швидкорізальної сталі, яку маркують буквою “Р”, і наплавлення, стали, позначаються літерою “Ш”. Швидкоріжуча сталь витримує більшу температуру при високій швидкості різання, тому з неї роблять свердла по металу, токарні різці та фрези. Шарикопідшипникових сталь відрізняється високою міцністю і низьким коефіцієнтом тертя.
5) Легована сталь
Вуглецева сталь з добавками хрому, нікелю, молібдену, вольфраму та інших елементів, називається спеціальною, або легованої (від німецького дієслова “legieren” – “сплавляти”). Легуючі елементи так чи інакше впливають на властивості сплаву в цілому.
Незначні домішки кремнію і марганцю не роблять істотного впливу на якості вуглецевої сталі. Зазвичай вміст кремнію в сталі не перевищує 0,3%, а вміст марганцю – 1%. Великий відсоток марганцю знижує шкідливий вплив домішки сірки, роблячи сталь більш міцною і твердою. Значні добавки кремнію збільшують пружність і твердість металу, але знижують його зварюваність і в’язкість.
Навіть незначні домішки сірки або фосфору різко знижують пластичність металу. Вміст сірки більше 0,04% провокує красноломкость металу – крихкість в гарячому стані, а наявність фосфору більше 0,05% викликає тріщини – крихкість при низьких температурах. Домішки сірки і фосфору утворюються в процесі виплавки сталі.
Домішки хрому й вольфраму збільшують міцність і зносостійкість сталі, але одночасно роблять її менш пластичною. Таку сталь складно кувати, так як вона зберігає твердість при температурі червоного гартування (близько 600 ° С). Через зниженою теплопровідності сплаву нагрівання заготовки здійснюється дуже повільно.
Добавка ванадію позначається на виробний стали позитивним чином: значно збільшує його ковкість і зменшує утворення окалини.
Домішка нікелю підвищує міцність сталі, робить її більш стійкою до коррозіі.v
Домішка молібдену надає сталі жароміцних, а також підвищує її в’язкість.
Леговані стали зазвичай використовують для виготовлення металообробних інструментів.
6) Алюміній та його сплави
Алюміній – легкий метал сріблясто-білого кольору.
Щільність алюмінію – 2,699 г / куб, див
Міцність чистого алюмінію – 60-80 Мн/м2 (тобто 6-8 кгс/мм2).
Температура плавлення – 660,24 ° С, температура кипіння – близько 2500 ° С.
Алюміній має невисокою міцністю і крихкістю. Метал дуже пластичний: легко простягається в дріт та прокатується в фольгу товщиною близько 0,005 мм. Алюміній – прекрасний провідник електрики. Поверхня металу завжди покрита найтоншим шаром природного прозорої плівки, яка миттєво відновлюється навіть у разі її пошкодження. Окісна плівка захищає метал від впливу повітря, води та деяких кислот, тому вироби з алюмінію не схильні до корозії і не змінюються ні на повітрі, ні у воді. Завдяки плівці алюміній відбиває близько 90% падаючих на нього світлових променів.
Алюмінієві сплави – сплави алюмінію з добавками інших елементів – мають міцністю, легкістю, стійкістю до дії атмосфери і води. Міцність алюмінієвих сплавів перевищує міцність чистого алюмінію в 10 разів, що дозволяє створювати з них відносно легкі, але довговічні конструкції.
Алюмінієві сплави ділять на ливарні і деформовані. Деформовані сплави легко піддаються куванні. Звичайно їх використовують для кування виробів, що зазнають значні навантаження. Добавка до алюмінію того чи іншого елемента призводить до зміни його властивостей. Залежно від фізичних властивостей деформовані сплави алюмінію утворюють 2 групи:
* Високопластична сплави з магнієм і марганцем (маркують літерами “АМГ”);
* Міцні сплави з цинком (“В”), кремнієм (“АВ”) і міддю (“Д”).
Перші відрізняються високою пластичністю і хорошою стійкістю до корозії. Вони добре куються в холодному вигляді і піддаються зварюванні. Другі володіють підвищеною міцністю і одночасно ковкість.
7) Мідь та її сплави
Мідь – м’який метал червоного кольору. Щільність міді – 8,96 г / куб, див
Температура плавлення – 1083 ° С, температура кипіння – 2600 ° С.
Хоч мідь і є м’яким металом, при холодній куванні вона ущільнюється і стає досить твердою. Не піддається гартуванню. З часом мідні вироби, що знаходяться у вологих умовах (при вологості вище 75%), покриваються зеленуватим нальотом – патиною. Патина надає виробам з міді гарний старовинний вигляд. Суцільна патина, без дефектів, охороняє метал від подальшого руйнування. Природна плівка рідко буває бездоганною, без розривів, тому надійніше захищає мідне виріб штучна патина.
8) Латунь – сплав міді з цинком (до 38%).
Латунь – це міцний, але легко оброблюваний метал золотаво-жовтого кольору. Вона менше, ніж мідь, окисляється, має більшу міцність, але і меншою пластичністю. Сучасна промисловість випускає 7 марок звичайної і 18 марок спеціальної латуні. Звичайні латуні використовують для виготовлення тонкостінних виробів, труб, коліс, шестерень і т.п. Спеціальні, або леговані, латуні містять добавки алюмінію, свинцю; нікелю, марганцю, заліза та інших елементів. Усі спеціальні латуні відрізняються гарним кольором, інтенсивним блиском, підвищеною міцністю і корозійною стійкістю.
Латуні з добавкою алюмінію (0,4-2,5%) по зовнішньому вигляду схожі на золото. У ювелірній справі застосовується латунь із 2,5% алюмінію і 2,5% цинку, яка за зовнішнім виглядом практично не відрізняється від золота п’ятсот вісімдесят третього проби.
Для ручного кування зазвичай використовують марки латуні з високим вмістом міді: Л62, Л68, Л80, Л90 та ін Цифри в маркуванні позначають відсоток вмісту міді. Так, латунь марки Л90 містить 90% міді. Також у ковальському ремеслі використовують спеціальні латуні з легуючими добавками.
9) Бронза – сплав міді з 8-10% олова.
Олов’яна бронза має високу стійкість до корозії і добре кується, тому її часто використовують для виготовлення художніх виробів. Твердість бронзи залежить від процентного вмісту олова.
Дефіцит і дорожнеча олова сприяли витісненню олов’яної бронзи сплавами міді з додаванням інших елементів:
* Алюмінієвої бронзою (з добавкою 5-10% алюмінію),
* Свинцевою бронзою,
* Кремнієвої бронзою,
* Виключно довговічною берилієвої бронзою (з додаванням 2% берилію).
У мідно-нікелевих сплавах основною добавкою до міді є нікель. Такі сплави відрізняються від латуні та бронзи гарним сріблисто-білим кольором. До мідно-нікелевий сплав відносять мельхіор і нейзильбер, які використовують для виготовлення столових приладів, домашнього начиння і художніх виробів.
10) Мельхіор – сплав міді з добавкою 5-33% нікелю. Метал стійкий до дії агресивних середовищ (включаючи морську воду і гаряча пара); має високу стійкість і в той же час в’язкістю і ковкість. Добре обробляється в холодному стані. Мельхіор широко використовують у виробництві ювелірних виробів і посуду, які потім нерідко піддають сріблення.
11) Нейзильбер – сплав міді, нікелю (5-35%) і цинку (13-45%). Це стійкий до дії вологи, органічних кислот і солей метал з гарним сріблястим кольором. Відрізняється високою твердістю і пружністю. Використовують у виробництві медичних інструментів, посуду і, звичайно ж, ювелірних виробів.