Кузнечное дело — это древнее ремесло по формированию полезных предметов из металла путем нагревания его в горне и ковки на наковальне. Одним из наиболее распространенных металлов, используемых в кузнечном деле, является сталь. Знание правильной температуры стали имеет решающее значение для кузнецов, чтобы успешно придать металлу желаемую форму. Идеальный температурный диапазон зависит от типа обрабатываемой стали, конкретной используемой техники кузнечного дела и характеристик, которые кузнец хочет получить от конечного продукта.
Сталь нагревается в кузнечном горне, в котором сжигается топливо, такое как древесный уголь, кокс или каменный уголь, для создания высоких температур, необходимых для размягчения металла. Общее правило заключается в том, что сталь становится пригодной для обработки в диапазоне температур 1500–2300 °F (815–1260 °C), но более конкретные температурные рекомендации зависят от содержания углерода в стали.
Стали с содержанием углерода менее 0,3% считаются низкоуглеродистыми. Это очень распространенный тип стали, используемый кузнецами. Она становится достаточно мягкой для формовки при температуре около 1600–1800 °F (870–980 °C), но часто нагревается до 1900–2000 °F (1040–1100 °C) для более сложных форм. При этой температуре низкоуглеродистая сталь светится оранжевым цветом.
Стали с содержанием углерода 0,3–0,6% считаются среднеуглеродистыми. Им требуются более высокие температуры 1800-2000°F (980-1100°C), чтобы стать мягкими и пластичными. Среднеуглеродистая сталь приобретает оранжево-желтое свечение в этом температурном диапазоне.
Стали с 0,6-1,4% углерода являются высокоуглеродистыми сталями. Эти стали чрезвычайно твердые в сыром виде, для обработки им требуются температуры 2000-2300°F (1100-1260°C). При этой температуре высокоуглеродистая сталь светится ярко-желтым цветом.
Опытные кузнецы часто судят о температуре стали по ее цвету и внешнему виду:
| Температура | Внешний вид |
|---|---|
| 400-500°F (200-260°C) | Темно-красный, слабо нагретый |
| 500-800°F (260-425°C) | Красный, средне нагретый |
| 800-1300°F (425-700°C) | Светло-вишнево-красный |
| 1300-1500°F (700-815°C) | Ярко-вишнево-красный |
| 1500-1800°F (815-980°C) | Оранжевый |
| 1800-2300°F (980-1260°C) | Жёлтый |
| 2300-2800°F (1260-1540°C) | Белый |
В качестве дополнительной проверки некоторые кузнецы прикладывают магнит к нагретой стали. Магнит перестанет притягивать сталь, когда она достигнет тускло-красного каления около 1400-1500 °F.
Почему контроль температуры стали так важен в кузнечном деле? Тепло смягчает кристаллическую структуру стали, позволяя кузнецу легче ковать, сгибать, скручивать и формировать ее. Для обработки высокоуглеродистых сталей необходимы более высокие температуры из-за их более твердого состава.
Идеальная рабочая температура позволяет формовать сталь, не становясь слишком мягкой. Сталь, нагретая выше 2200 °F (1200 °C), может стать «переваренной» и потерять внутреннюю прочность и структуру. Она становится больше похожа на замазку, из-за чего она склонна к растрескиванию при ударе молотком.
Кузнец также должен учитывать желаемые характеристики конечного продукта:
Чтобы сделать сталь более податливой для значительной формовки, нагрев до 2000–2100 °F (1093–1150 °C) смягчает ее для изгиба, скручивания или вытягивания в более тонкие секции.
Для хорошего сочетания прочности и гибкости нагрев до 1800–2000 °F (980–1093 °C) позволяет стали коваться или штамповаться, сохраняя при этом прочность.
Чтобы максимизировать твердость, нагрев до более низких температур с последующей быстрой закалкой в масле или воде дает очень твердый, но хрупкий металл. Мартенситные стали обрабатываются таким образом.
Мелкозернистая сталь получается в результате работы при более низких температурах или быстрого охлаждения от более высоких температур. Крупные зерна получаются при медленном охлаждении от пиковых температур. Кузнец выбирает температуру нагрева в зависимости от желаемого размера зерна.
Вот несколько полезных советов для кузнецов по нагреву стали:
– Используйте воздух для горения, чтобы контролировать смесь воздуха и топлива и температуру огня
– Медленно нагревайте сталь, чтобы предотвратить растрескивание и деформацию
– Равномерно и тщательно нагревайте сталь, чтобы не допустить появления слабых мест
– Не перегревайте и не недогревайте сталь для предполагаемой работы
– Нагревайте только небольшие участки для локальной формовки
– Нормализуйте сталь, медленно охлаждая ее от вишнево-красного каления
– Всегда надевайте защитное снаряжение при работе с горячей сталью
Правильный нагрев является основой формовки стали в процессе кузнечного дела. Низкоуглеродистые стали требуют 1600-2000°F (870-1093°C), в то время как высокоуглеродистые стали требуют 2000-2300°F (1093-1260°C), чтобы стать мягкими и пригодными для обработки. Оценка температуры по цвету, магнетизму и воздействию на сталь позволяет кузнецу точно настроить процесс нагрева. Освоение контроля нагрева позволяет осуществлять точную, эффективную ковку, а также достигать желаемой прочности, твердости и пластичности готового изделия. С навыками и опытом кузнецы приобретают знания и «чувство», необходимые для нагрева стали до оптимальной температуры для их конкретного проекта.