МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ШУЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ТЕМА: «ХУДОЖЕСТВЕННАЯ КОВКА МЕТАЛЛОВ».

ВЫПОЛНИЛ: СТУДЕНТ 4к. 4гр.

МТФ-ФТО КОЧЕТКОВ А.Ю.

НАУЧНЫЙ РУКОВВОДИТЕЛЬ:

____________________________

____________________________

ШУЯ 2004.

План.

Из истории художественной ковки металла.

Металл, используемый для ковки.

Инструменты и приспособления.

Термическая обработка стали и цветных металлов.

Химико-термическая обработка стали.

Техника безопасности при кузнечных работах.

Из истории художественной ковки металла.

Издревле русские кузнецы (с VI-VIII веков н.э.) владели всеми приемами свободной ковки, кузнечной сварки, горновой пайки меди, умели производить термическую обработку изделий.

При том уровне техники от мастера требовалось много умения, навыка, опыта в обращении с металлом. Различить, например, сорта стали можно было только по цвету и характеру искры или излому, а степень нагрева при ковке, закалке и сварке - по цвету раскаленного металла (каленого) на глаз; о температуре отпуска стали мастер судил по цветам побежалости и т.д.

Интересно, что древнерусские кузнецы с большим искусством производили не только украшения к костюмам - пряжки, перстни, застежки, браслеты, подвески, ожерелья, оплечья или украшения конской сбруи, но и петли на ларцы и сундуки, оковки для них, дверные замки, мечи, шлемы, кольчуги, боевые топоры, всевозможную бытовую утварь и великое множество других железных кованых изделий.

Приемы свободной ковки, известные с древних времен, сохранились и до наших дней. Кузнечная сварка была в основе изготовления холодного оружия из многослойной стали. Ее еще называют сварочным булатом. Больших успехов добились мастера из Дамаска. Дамасской сталью стала называться многослойная сварочная сталь.

Во времена могущества Киевской Руси кузнецы принимают активное участие в строительстве Новгородских, Киевских и Псковских величественных соборов. Мастера кузнечного дела куют не только пояса для стягивания стен, сводов, арок, но и высокохудожественные решетки для окон, парадные ворота, двери с накладными цветами, витыми ручками-стукалами, устанавливают на вершинах куполов соборов "расцветшие" узорчатые кресты.

В XVII в. многие кузнечные мастера переходят на изготовление больших и малых оград для дворцово-парковых ансамблей. Старые русские кузнецы не только обладали знаниями технологии ковки в совершенстве, но и славились высоким художественным вкусом.

Решетки и ограды, созданные ими, замечательно смотрелись на любом фоне, были выразительны в архитектурном окружении, в близком рассмотрении и на расстоянии. Их красота заключалась в соответствии художественных элементов и их ритмичности. Облик старых московских улиц и переулков просто неповторим.

Оригинальность объясняется присутствием легких кованых кружев на балконах домов, на оградах парков, скверов, церквей. Мастера классицизма великие архитекторы и зодчие Бова, Жилярди, Баженов, Казаков любили использовать кованый металл при проектировании и создании архитектурных ансамблей.

Весьма оригинальны ограды, выполненные в стиле русского барокко, который был популярен во второй половине XVIII в. Игривый кованый узор, выполненный с использованием растительных мотивов, контрастирует с мощными каменными столбами. Симметричный рисунок, составленный из сердцевидных изгибов стеблей, называемых мастерами "червонками", характерен для русского декоративного искусства XVII-XIX вв. С.-Петербург - северная столица России - всегда славился своими решетками мостов и набережных, парков и дворцов. Решетка Летнего сада со стороны Невы признана лучшей из декоративных оград в мире. Авторами этого удивительно гармоничного, легкого металлического кружева из копий, лепных розеток и вытянутых прямоугольников являются русские архитекторы Фельтен и Егоров. Выкована эта решетка, кстати сказать, тульскими мастерами.

В конце XIX - начале XX в. в Москве, С.-Петербурге, Одессе и других городах наибольшее число решеток и оград выполнено в стиле модерн. Асимметрия кованых извивающихся стеблей создает какой-то текучий орнамент из сливающихся и переплетающихся диковинных растений. Зачастую рисунок с решеток органически переходит на стену дома и далее в камне или гипсе развивается по фасаду, заканчивающийся мощными волками на карнизе дома или парапете крыши.

С развитием прокатного и кузнечно-штампованного производств постепенно в архитектуре все реже стал примениться декоративный кованый металл. Его заменяют сварные конструкции из прокатных профилей круглого, квадратного и прямоугольного сечения.

Художественная ковка стала упрощаться, все меньше осталось настоящих мастеров, умеющих отковать ограду, реставрировать или починить старинную решетку.

Поэтому возрождение этого вида ремесла имеет огромное значение для современного декоративно-прикладного искусства.

Металл, используемый для ковки.

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.

Таблица 1
Температуры начала и конца ковки углеродистых сталей

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. Для маркировки легированных сталей, применяемых в основном для изготовления кузнечного инструмента, работающих при ударных и высокотемпературных режимах приняты специальные обозначения наиболее распространенных легирующих элементов: С - кремний, Г - марганец, Н - никель, Т - титан, X - хром, Ю - алюминий, А - пониженное содержание серы и фосфора. Например, марка 18ХГТ - сталь содержит до 0,18% углерода, до 1% хрома, марганца, титана. Инструментальные углеродистые стали содержат 0,6-1,3% углерода, 0,15-0,6% марганца, 0,15-0,35% кремния, 0,03-0,35% серы и фосфора. Такие стали обозначают буквой У. Следующая за ней цифра обозначает процентное содержание углерода. Например, сталь У9 - сталь инструментальная с содержанием углерода 0,9%.

В кузнечном деле используются и цветные металлы: медь, алюминий, магний, титан и их сплавы: латуни (сплав меди с цинком) марок Л90, Л80, Л68, Л62 и др. (цифры обозначают содержание меди в процентах); оловянистые бронзы (сплав меди с оловом) - БрЦ4-3 (4% олова и 3% цинка) и др. Хорошей ковкостью отличаются алюминиевые сплавы.

В се 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 (рис. 29).

Рис. 29. Рекристаллизация стали: 1 - молот; 2 - наковальня; 3 - состояние кристаллов до ковки: 4 - кристаллы, подвергающиеся ковке; 5 - кристаллы после ковки

В месте 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 (зерно крупнее).

Изменения, происходящие в сплавах при нагреве и охлаждении, можно определить по диаграмме состояния (рис. 30), которая представляет собой графическое отображение фазового состава и структуры сплавов в условиях равновесия в зависимости от температуры и концентрации компонентов.

Рис. 30. Диаграмма "железо-углерод"

Эта диаграмма имеет важное значение для обоснованного выбора тепловых режимов всех видов горячей обработки стали. По оси ординат - температура сплава, по оси абсцисс - содержание углерода. На диаграмме отмечены критические точки, при температуре которых происходят структурные превращения. При рассмотрении диаграммы заметим, что изменения в структуре происходят выше линии РS, так как феррит переходит в аустенит, а это значит улучшается ковкость, пластичность металла. Между линиями GS и PS присутствую зерна феррита. Ниже линии РS аустенит переходит в феррит, т.е. металл имеет высокую степень пластичности, но небольшую твердость и прочность. Между линиями АЕ и GS располагается зона благоприятных температур и структуры металла для ковки.

При температуре нагрева 1500°С, т.е. выше линии АС, сталь пребывает в жидком состоянии.

Кузнец должен уметь выбрать сталь, которая по своим качествам будет соответствовать задуманному изделию.

Завод поставщик прокатанную заготовку маркирует клеймом и окрашивает краской, согласно установленному цвету для каждой марки стали. В табл. 2 приведены установленные цвета для сталей, употребляемых для художественной ковки.

Таблица 2
Цвета для сталей, употребляемых для художественной ковки

При расходовании стали в первую очередь отрубают неокрашенный конец, конец с клеймом расходуется в последнюю очередь. Но часто кузнецу приходится иметь дело с уже побывавшем в обработке металлом или заготовки утеряли клеймо. Как определить марку стали? Оказывается, есть способы определения марки металла в условиях своей мастерской.