Ковка - Александр Навроцкий

Выйдя на Красную площадь и подойдя к Лобному месту, можно увидеть кованую калитку с ажурным рисунком в стиле ренессанса. Центральная часть звена решетки заполнена спиралью с фантастическим животным, ноги и хвост которого свиваются с основой решетки.

Московские кузнецы были первыми мастерами, начавшими изготовлять часы. Из древней русской летописи мы узнаем о строительстве первых в Московской Руси башенных часов: «…а наречется сей часник часомерье», и далее: «В лето 6912 (1404 г.)… князь Василий замыслил часник и поставил его на своем дворе». Смастерил часы ученый сербский монах Лазарь с мыса Афона, и были они установлены на одной из башен белокаменного Кремля. Башенные часы с боем и колокольной музыкой получили особенно широкое распространение в XVI и XVII вв. (рис. 1.0.8). Они ставились в больших монастырях, в городах. В конце XVI в. в Московском Кремле были установлены часы на трех башнях: Спасской, Тайницкой и Троицкой, а в начале XVII в. – на Никольской. В первой половине XVII в. в Москве под руководством английского механика Галовея велись работы по устройству новых больших часов на Спасской башне Кремля. Эти часы с движущимся циферблатом и со сложным устройством для колокольной музыки (куранты) получили большую известность. Чуть позднее мастер Оружейной палаты Петр Высоцкий установил башенные часы и в Коломенском над новыми каменными воротами. Эти часы имели сложный механизм для перемещения циферблата и молотковый привод на восемь «перечастных» колоколов.

Рис. 1.0.8. Первая московская часозвонница.

Следует отметить, что при создании часовых механизмов требовалась высокая точность в изготовлении большого количества сложных деталей и подгонке их друг к другу. Все детали механизма часов делали квалифицированные кузнецы. Вначале отковывали различные по размерам колеса и шестерни, валы и оси, из толстых кованых полос собирали раму. После этого отковывали большое число звеньев цепей, и начиналась кропотливая работа по сборке и отладке часов. Работы усложнялись тем, что размеры некоторых деталей доходили до 5 м и более, а масса их достигала десятков и сотен килограммов. И на таких колесах и шестернях необходимо было отковать строго определенное число зубьев с высокой точностью «по шагу». Таким образом, техника часового дела уже с XV в. потребовала теоретических знаний в области математики и астрономии, без которых нельзя было ни строить часы, ни регулировать их ход.

В конце XVIII – начале XIX вв. для Москвы был характерен не только рост крупных «металлических» предприятий, требовавших большого количества железа, чугуна, стали для производства различных изделий и конструкций, проволоки, гвоздей, рельс и т. д., но и рост числа кузниц. Городские кузницы делились на общественные и домовые. Общественные должны были пристраиваться одна к другой, образуя Кузнечный ряд. Домовые кузницы обычно размещались на отдельных участках и были деревянными, каменными или комбинированными, одноэтажными или двухэтажными. На первом этаже размещались сами кузницы, на втором – жилые помещения.

Общественные кузницы в Кузнечном ряду имели значительно меньшее помещение, и работы велись в основном «в одну руку», т. е. без помощников-молотобойцев. Эти кузницы специализировались на определенных работах: в одних изготовляли замки, в других – подковы, гвозди, различные болты и скобы, в третьих – кровати, ограды и другие крупные изделия. Однако со временем мелкое кузнечное производство начинает вытесняться специализированными заводами и фабриками. В 1863 г. машиностроительные, гвоздильные и проволочные заводы получают право на беспошлинный ввоз железа из-за границы. Начинается рост крупных промышленных предприятий, и к началу XX в. Москва становится крупным промышленным центром России с развитым капиталистическим производством.

Глава 1

О металле, инструменте и оборудовании

При ковке изделий кузнецам приходится иметь дело со сталями различных марок, цветными металлами и сплавами, которые различаются по физическим, механическим и технологическим свойствам (более подробно познакомиться со свойствами металлов и сплавов можно в Приложениях А и Б). При нагреве одни заготовки нагреваются быстрее, а другие медленнее. Кроме того, для нагрева до ковочной температуры одинаковых по размерам заготовок из разных материалов требуется сжечь разное количество топлива. Это связано с теплопроводностью металла, которая характеризуется скоростью нагрева заготовки по сечению. Чем меньше теплопроводность металла, тем больше опасность появления трещин в заготовке при нагреве.

К технологическим свойствам металла относят ковкость, усадку, свариваемость и закаливаемость.

Ковкость характеризует способность металла деформироваться под действием удара, а усадка – уменьшение размеров заготовки в процессе охлаждения. Стальные заготовки при охлаждении с ковочной до нормальной температуры уменьшаются в размерах на 1,2–1,3 %. Например, поковка длиной 500 мм после охлаждения до цеховой температуры будет иметь длину 495 мм. Если усадку металла не учесть, то получится брак поковки по размерам.

Под свариваемостью понимают способность металлов в нагретом состоянии под действием удара образовывать сварные соединения. Лучше всего свариваются стали с малым содержанием углерода и вредных примесей и плохо – легированные стали, алюминий и его сплавы.

Закаливаемость характеризует способность металлов приобретать в результате закалки высокую твердость. Хорошо закаливаются стали с содержанием углерода 0,4–0,7 %.

Наиболее широко в кузнечных работах используется сталь – сплав железа с углеродом.

Кроме углерода в сталях содержатся кремний, марганец, сера, фосфор и некоторые другие элементы. Причем сера и фосфор – вредные примеси: при содержании серы более 0,045 % сталь становится красноломкой, т. е. при нагреве до красного каления заготовка разрушается под ударами молота, а при содержании фосфора более 0,05 % сталь становится хрупкой в холодном состоянии.

В зависимости от количества углерода стали разделяют на низкоуглеродистые (до 0,25 % углерода), среднеуглеродистые (0,25–0,6 %) и высокоуглеродистые (0,6–2 %). Повышение содержания углерода увеличивает твердость и закаливаемость стали, но снижает теплопроводность и ковкость.

Легированные стали в кузнечном деле применяются в основном для изготовления инструмента, работающего при ударных нагрузках и высоких температурах. Никель повышает прочность детали, а хром еще и твердость и износостойкость. Марганец увеличивает твердость, прочность, сопротивление истиранию и удару, уменьшает вредное влияние серы, снижает теплопроводность. Кремний повышает прочность и упругость, но снижает вязкость и свариваемость. Для маркировки сталей приняты следующие обозначения наиболее распространенных легирующих элементов: X – хром, Н – никель, Г – марганец, С – кремний, Т – титан, Ю – алюминий. Буквой А обозначается пониженное содержание серы и фосфора.

Например, марка 40Х означает, что сталь содержит до 0,4 % углерода и до 1 % хрома; 18ХГТ – сталь содержит до 0,18 % углерода, до 1 % хрома и до 1 % титана; 20ХГА – сталь содержит 0,2 % углерода, до 1 % хрома, до 0,9 % марганца.

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. Эти стали маркируют буквой У, за которой следует цифра, обозначающая процентное содержание углерода. Например, сталь У9 – сталь инструментальная с содержанием углерода 0,9 %. В практике марку сталей определяют по искре (см. Приложение, табл. 1).

Из цветных металлов в кузнечном деле используют медь, алюминий, магний, титан и их сплавы. К деформируемым латуням (сплав меди с цинком) относятся Л90, Л80, Л68, Л62 и другие (цифры обозначают содержание меди в процентах); к оловянистым бронзам (сплав меди с оловом) – БрОЦ4–3 (4 % олова, 3 % цинка). Кроме того, хорошей ковкостью отличаются алюминиевые сплавы.

Внутреннее строение металлов. Чтобы лучше чувствовать металл, представлять себе, почему он куется, необходимо мысленно проникнуть внутрь металла, изучить его строение. Все металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, т. е. состоят из отдельных прочно сросшихся друг с другом зерен, между которыми располагаются в виде тонких прослоек неметаллические включения различных оксидов, карбидов и других соединений. Зерно, в свою очередь, также имеет кристаллическое строение, а его размеры составляют 0,01–0,1 мм.