Металлы, физические и химические свойства

В кузнечном ремесле приходится иметь дело с различными сплавами, цветными металлами, со сталями разных марок. Для нагрева до ковочной температуры одинаковых по размерам заготовок, но разных типов металла требуется сжечь разное количество топлива.

Теплопроводность металла - это скорость нагрева заготовки по сечению. Чем меньше теплопроводность металла, тем больше опасность образования трещин при нагреве. Например, теплопроводность сталей, особенно легированных, в пять раз меньше теплопроводности меди и алюминия. С теплоемкостью связан расход топлива для нагрева заготовки до нужной температуры. Наибольшую теплоемкость имеет стать при температуре 800-1100°С. Значит, чем выше теплоемкость металла, тем больше расходуется топлива. Для кузнечных работ применяются ковкие и пластичные металлы и сплавы. Из черных металлов этими качествами обладают некоторые стали - сплав железа с углеродом. В зависимости от количества содержания углерода стали различаются как низкоуглеродистые (до 0, 25% углерода), средние (0, 25-0, 6%) и высокоуглеродистые (0, 6-2%). Увеличение содержания углерода увеличивает твердость стали, но уменьшает ковкость и теплопроводность. По своему строению сталь представляет из себя тело, образованное из кристаллических зерен, связанных между собой силой межкристаллического сцепления. В сплав стали обязательными компонентами являются железо, углерод, кремний, сера, марганец, фосфор. При содержании углерода до 0, 1% сталь мягкая, хорошо куется, сваривается кузнечным способом, не принимая закалки. Такую сталь в практике называют железом. Сталь, которая отвечает всем требованиям художественной ковки, содержит от 0, 1 до 0, 3% углерода и до 1% других примесей. Такая сталь называется поделочной. Сталь средней твердости содержит углерода от 0, 08 до 0, 85%. Она хорошо куется при надлежащем нагреве, хорошо закаливается, но плохо сваривается. При содержании углерода от 0, 6 до 1, 35% сталь считается высокоуглеродистой (инструментальной). Куется довольно трудно, требует очень умелого проведения нагрева и самой ковки при определенных температурах.

Чугун - это сталь, содержащая до 2% углерода, он хрупкий, не поддающийся ковке сплав. Другие примеси, кроме углерода, также влияют на качество металла. Так сера и фосфор - вредные примеси.

При содержании серы более 0, 04% сталь становится красноломкой, т.е. при нагреве до красного каления металл разрушается под ударами молота, а фосфор (более 0, 05%) делает сталь хрупкой в холодном состоянии. Никель повышает прочность стали, а хром - твердость и износостойкость, но зато теплопроводность стали снижается, марганец уменьшает вредное влияние серы и увеличивает твердость, прочность, снижает теплопроводность. Кремний повышает прочность и упругость, но снижает вязкость и свариваемость.

В кузнечном деле используются и цветные металлы: медь, алюминий, магний, титан и их сплавы. Хорошей ковкостью отличаются алюминиевые сплавы.

Все металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, то есть состоят из отдельных прочно сросшихся друг с другом зерен, между которыми располагаются в виде тонких прослоек неметаллические вкрапления различных оксидов, карбидов и других соединений. Размеры зерна составляют 0, 01-0, 2 мм и оно тоже имеет кристаллическое строение. Что же происходит в металле во время ударов молота? При ковке деформация происходит вследствие скольжения зерен относительно друг друга, потому что прочность зерен больше, чем связь между ними. В результате ковки зерна металла вытягиваются в направлении течения металла и это ведет к образованию мелкозернистой структуры. Вместе с ними вытягиваются и неметаллические вкрапления, которые придают металлу волокнистое строение. Это можно видеть невооруженным глазом. Прочностные качества металла зависят от температуры конца ковки: чем выше температуре металла в момент окончания деформации, тем лучше механические свойства металла.

Статьи по теме:

Особенности древнеримских ордерных композиций
Этап развития ордерных систем в Древнем Риме, использовавшего богатое наследие Древней Греции. Это развитие заключалось не в дальнейшем совершенствовании архитектонической сущности стоечно-балочной конструкции, а в использовании ее как де ...

Дягилев. Великий вождь авангарда
«Меценат европейского толка»: так сам себя называл этот человек, ставший символом целой культурной эпохи, сумевший соединить предпринимательство и высокое искусство – пусть и несколько затейливым способом. Самый известный художественный ...

Мыслители Древнего Рима о культуре
Свой вклад в понимание культуры внесли и древнеримские мыслители. Так, Цицерон учил: «Как плодородное поле без возделывания не даст урожая, так и душа. Возделывание души - это и есть философия: она выпалывает в душе пороки, приготовляет д ...