У ковальському ремеслі доводиться мати справу з різними сплавами, кольоровими металами, зі сталями різних марок. Для нагріву до кувальної температури однакових за розмірами заготовок, але різних типів металу потрібно спалити різну кількість палива.
Теплопровідність металу - це швидкість нагріву заготовки по перетину. Чим менше теплопровідність металу, тим більше небезпека утворення тріщин при нагріванні. Наприклад, теплопровідність сталей, особливо легованих, в п'ять разів менше теплопровідності міді і алюмінію. З теплоємністю пов'язаний витрата палива для нагріву заготовки до потрібної температури. Найбільшу теплоємність має стати при температурі 800-1100 ° С. Значить чим вище теплоємність металу, тим більше витрачається палива. Для ковальських робіт застосовуються ковкі і пластичні метали і сплави. З чорних металів цими якостями володіють деякі сталі - сплав заліза з вуглецем. Залежно від кількості вмісту вуглецю стали розрізняються як низьковуглецеві (до 0,25% вуглецю), середні (0,25-0,6%) і високовуглецеві (0,6-2%). Збільшення вмісту вуглецю збільшує твердість сталі, але зменшує гнучкість і теплопровідність. За своєю будовою сталь вдає із себе тіло, утворене з кристалічних зерен, зв'язаних між собою силою межкристаллической зчеплення. У сплав стали обов'язковими компонентами є залізо, вуглець, кремній, сірка, марганець, фосфор. При змісті вуглецю до 0,1% сталь м'яка, добре кується, зварюється ковальським способом, не беручи гарту. Таку сталь в практиці називають залізом. Сталь, яка відповідає всім вимогам художньої ковки, містить від 0,1 до 0,3% вуглецю і до 1% інших домішок. Така сталь називається виробної.
Сталь середньої твердості містить вуглецю від 0,08 до 0,85%. Вона добре кується при належному нагріванні, добре гартується, але погано зварюється.
При змісті вуглецю від 0,6 до 1,35% сталь вважається високовуглецевої (інструментальної). Кується досить важко, вимагає дуже вмілого проведення нагріву і самої кування за певних температурах.
Таблиця 1. Температури початку і кінця кування вуглецевих сталей
Чавун - це сталь, що містить до 2% вуглецю, він крихкий, не піддається куванні сплав.
Інші домішки, крім вуглецю, також впливають на якість металу. Так сірка і фосфор - шкідливі домішки.
Мал. 1. Рекристалізація стали: 1 - молот; 2 - ковадло; 3 - стан кристалів до ковки: 4 - кристали, що піддаються куванні; 5 - кристали після кування
Всі метали і сплави мають полікристалічні будову, тобто складаються з окремих міцно зрощених один з одним зерен, між якими розташовуються у вигляді тонких прошарків неметалеві вкраплення різних оксидів, карбідів і інших з'єднань. Розміри зерна становлять 0,01-0,2 мм і воно теж має кристалічну будову.
Що ж відбувається в металі під час ударів молота?
При куванні деформація відбувається внаслідок ковзання зерен відносно один одного, тому що міцність зерен більше, ніж зв'язок між ними. В результаті кування зерна металу витягуються в напрямку течії металу і це веде до утворення дрібнозернистої структури (рис. 29).
Разом з ними витягуються і неметалеві вкраплення, які надають металу волокнисту будову. Це можна бачити неозброєним оком. Характеристики міцності якості металу залежать від температури кінця кування: чим вище температурі металу в момент закінчення деформації, тим краще механічні властивості металу (зерно крупніше).
Зміни, що відбуваються в сплавах при нагріванні і охолодженні, можна визначити по діаграмі стану, яка представляє собою графічне відображення фазового складу і структури сплавів в умовах рівноваги в залежності від температури і концентрації компонентів.
При температурі нагріву 1500 ° С, тобто вище лінії АС, сталь перебуває в рідкому стані.
Коваль повинен вміти вибрати сталь, яка за своїми якостями буде відповідати задуманому виробу.
Завод постачальник прокатати заготовку маркує клеймом і забарвлює фарбою, згідно зі встановленим кольором для кожної марки стали. У табл. 2 наведені встановлені кольору для сталей, що вживаються для художньої ковки.
Таблиця 2. Кольори для сталей, що вживаються для художньої ковки
При витрачанні стали в першу чергу відрубують незабарвлений кінець, кінець з клеймом витрачається в останню чергу. Але часто коваля доводиться мати справу з уже побував в обробці металом або заготовки загубили клеймо. Як визначити марку сталі? Виявляється, є способи визначення марки металу в умовах своїй майстерні.
Мал. 2. Визначення стали по іскрі
Різні стали мають характерні їм іскри. При торканні зразка з обертовим наждаковим каменем відбувається іскріння. У майстерні необхідно мати набір зразків різних марок сталі з клеймами, який може служити еталоном при визначенні марки стали по іскрі. Цей спосіб дає можливість визначити кількість вуглецю в стали до 0,2% і чи є в ній вольфрам і хром. Іскри добре видно на чорному тлі, який рекомендується підкладати під пучок іскор. Розташувати зразок щодо обертового диска при випробуванні треба так, щоб пучок іскор був завдовжки приблизно 30 см перпендикулярно лінії зору.
Очі необхідно захистити окулярами.
Довжина іскри залежить від сили натискання на обертовий диск і, отже, домогтися однакової довжини іскри можна, визначивши ступінь і рівномірність натискання і її зберігати під час випробувань. Нерівномірний тиск зразка на круг може дати спотворений результат. При утворенні іскри слід уважно спостерігати за довжиною іскри, її кількістю, забарвленням і характером зірочок (рис. 2).
Як доповнення даної теми прошу ознайомитися з табл. 3.
Таблиця 3. Таблиця визначення марок сталей по іскрі.